(57)【要約】  本開示は、高温で動作し、リチウム、ナトリウムまたはマグネシウムなどの反応性金属蒸気を有する装置用のシールを提供する。いくつかの例では、そのような装置は、電力グリッド内でまたは独立型システムの一部として使用され得るエネルギー貯蔵装置を含む。エネルギー貯蔵装置は、電気エネルギー消費の需要がある場合など、後の放電のために発電源から充電され得る。【選択図】図３
2019526909.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部キャビティを備える容器であって、前記内部キャビティが反応性材料を備え、前記反応性材料が少なくとも約２００℃の温度に維持される容器と、
前記容器の前記内部キャビティを前記容器の外部環境から密封するシールであって、セラミック部品を備え、前記反応性材料および前記容器の前記外部環境の両方にさらされているシールと、
前記容器の前記外部環境から、前記シールを通って前記容器の前記内部キャビティまで延在する導体と、
前記導体および前記セラミック部品に結合された第１の金属スリーブであって、前記第１の金属スリーブが、第１のろう付けを備える第１のろう付け接合部によって前記セラミック部品に結合され、前記第１のろう付けが、銀とアルミニウムの合金を備える、第１の金属スリーブと
を備える高温装置。
【請求項２】
前記導体が負極電流リードである、請求項１に記載の高温装置。
【請求項３】
前記容器内に負極集電体をさらに備え、前記負極集電体が前記反応性材料と接触し、前記負極電流リードに取り付けられている、請求項２に記載の高温装置。
【請求項４】
前記セラミック部品に結合された第２の金属スリーブをさらに備え、前記第２の金属スリーブが、前記容器または前記容器に接合されたカラーに結合され、前記第２の金属スリーブが、第２のろう付けを備える第２のろう付け接合部によって前記セラミック部品に結合され、前記第２のろう付けが、前記銀とアルミニウムの合金を備える、請求項１に記載の高温装置。
【請求項５】
前記銀とアルミニウムの合金が、約１９対１以下の銀対アルミニウムの比を備える、請求項１または４のいずれか一項に記載の高温装置。
【請求項６】
前記第１のろう付けおよび前記第２のろう付けの一方または両方が、チタンろう付け合金をさらに備える、請求項５に記載の高温装置。
【請求項７】
前記第１のろう付け接合部、前記第２のろう付け接合部、または前記第１および第２のろう付け接合部の両方に隣接して配置された内部ろう付けをさらに備え、前記内部ろう付けが、前記容器の前記内部キャビティにさらされている、請求項４に記載の高温装置。
【請求項８】
前記内部ろう付けが、チタンろう付け合金を備える、請求項７に記載の高温装置。
【請求項９】
前記チタンろう付け合金が、約１９〜２１重量％のジルコニウム、１９〜２１重量％のニッケル、１９〜２１重量％の銅を備え、残りの重量％が少なくともチタンを備える、請求項８に記載の高温装置。
【請求項１０】
前記第２の金属スリーブが、第３のろう付けによって前記容器または前記カラーに結合されている、請求項４に記載の高温装置。
【請求項１１】
前記第３のろう付けが、ニッケル系ろう付けまたはチタン系ろう付けを備え、前記ニッケル系ろう付けが約７０重量％以上のニッケルを備える、請求項１０に記載の高温装置。
【請求項１２】
前記ニッケル系ろう付けが、ＢＮｉ−２ろう付け、ＢＮｉ−５ｂろう付け、またはＢＮｉ−９ろう付けを備える、請求項１１に記載の高温装置。
【請求項１３】
前記第１の金属スリーブが、第４のろう付けによって前記導体に結合されている、請求項１１に記載の高温装置。
【請求項１４】
前記第４のろう付けが、ニッケル系ろう付け、チタン系ろう付け、または前記銀とアルミニウムの合金である、請求項１３に記載の高温装置。
【請求項１５】
前記銀とアルミニウムの合金が湿潤剤をさらに備える、請求項１に記載の高温装置。
【請求項１６】
前記湿潤剤が、チタンを備える、請求項１５に記載の高温装置。
【請求項１７】
前記セラミック部品が、窒化アルミニウムを備える、請求項１に記載の高温装置。
【請求項１８】
前記セラミック部品が、約３重量％以上の酸化イットリウムをさらに備える、請求項１７に記載の高温装置。
【請求項１９】
前記セラミック部品が、約１重量％から約４重量％の酸化イットリウムをさらに備える、請求項１７に記載の高温装置。
【請求項２０】
前記第１の金属スリーブおよび前記第２の金属スリーブが、合金４２を備える、請求項４に記載の高温装置。
【請求項２１】
前記導体または前記カラーが、ステンレス鋼を備え、前記ステンレス鋼が、３０４Ｌステンレス鋼を備える、請求項２０に記載の高温装置。
【請求項２２】
前記第１の金属スリーブおよび前記第２の金属スリーブが、約０．０２０インチ以下の厚さを有する、請求項２０に記載の高温装置。
【請求項２３】
内部キャビティを備える容器であって、前記内部キャビティが反応性材料を備え、前記反応性材料が少なくとも約２００℃の温度に維持される容器と、
前記容器の前記内部キャビティを前記容器の外部環境から密封するシールであって、前記反応性材料および前記容器の前記外部環境の両方にさらされているセラミック部品を備えるシールと、
前記容器の前記内部キャビティから、前記シールを通って前記容器の前記外部環境まで延在する電流リードと、
前記電流リードおよび前記セラミック部品に結合された第１の金属スリーブと、
前記セラミック部品に、および前記容器に、または前記容器に接合されたカラーに結合された第２の金属スリーブと
を備え、
前記セラミック部品が、前記セラミック部品の表面上に物理的イオンブロッカーを備える、電気化学セル。
【請求項２４】
前記物理的イオンブロッカーが、前記セラミック部品の前記表面に沿ったエレクトロマイグレーションを抑制するように成形されている、請求項２３に記載の電気化学セル。
【請求項２５】
前記物理的イオンブロッカーが、前記セラミック部品の前記表面を横切る金属デンドライトの形成を抑制するように成形されている、請求項２３に記載の電気化学セル。
【請求項２６】
前記第１の金属スリーブおよび前記第２の金属スリーブが、それぞれ第１のろう付けおよび第２のろう付けによって前記セラミック部品に結合されている、請求項２３に記載の電気化学セル。
【請求項２７】
前記セラミック部品の前記表面が、前記第１のろう付けと前記第２のろう付けとの間の前記セラミック部品の露出面であり、前記第１のろう付けから前記第２のろう付けまで、前記セラミック部品の前記露出面に沿った最短経路が、前記第１のろう付けおよび前記第２のろう付けの両方から少なくとも部分的に離れる方向に向けられた経路セグメントを含むように、前記物理的イオンブロッカーが成形されている、請求項２６に記載の電気化学セル。
【請求項２８】
前記第１のろう付けおよび前記第２のろう付けが、それぞれ銀とアルミニウムの合金を備える、請求項２６に記載の電気化学セル。
【請求項２９】
前記電流リードが負極電流リードである、請求項２３に記載の電気化学セル。
【請求項３０】
前記物理的イオンブロッカーが、前記セラミック部品の前記表面に取り付けられている、請求項２３に記載の電気化学セル。
【請求項３１】
前記物理的イオンブロッカーが、前記セラミック部品の露出面上に配置されている、請求項２３に記載の電気化学セル。
【請求項３２】
前記物理的イオンブロッカーが、前記セラミック部品の一体部分であり、前記物理的イオンブロッカーが、前記セラミック部品の前記露出面の一部として１つまたは複数の突起を備え、前記１つまたは複数の突起が前記セラミック部品の基準面から延在する、請求項３１に記載の電気化学セル。
【請求項３３】
前記１つまたは複数の突起が、溝を画定する複数の突起を備える、請求項３２に記載の電気化学セル。
【請求項３４】
前記１つまたは複数の突起が、前記セラミック部品の前記基準面から約２ｍｍ以上の距離にわたって延在する、請求項３２に記載の電気化学セル。
【請求項３５】
前記１つまたは複数の突起が、長寸法と短寸法とを備え、前記長寸法が、前記セラミック部品の前記基準面に対して実質的に直交する角度で配置された傾斜を画定する、請求項３２に記載の電気化学セル。
【請求項３６】
前記１つまたは複数の突起が、前記セラミック部品の前記基準面に対して鋭角に配置され、かつ正電界源に向かって面している傾斜を画定する、請求項３２に記載の電気化学セル。
【請求項３７】
前記１つまたは複数の突起が、前記セラミック部品の前記基準面から延在する第１の部分と、前記セラミック部品の前記基準面と平行な傾斜を画定し、正電界源に向かって延在する第２の部分とを備える、請求項３２に記載の電気化学セル。
【請求項３８】
前記正電界源が、正極と電気的に連通する前記容器の本体である、請求項３７に記載の電気化学セル。
【請求項３９】
内部キャビティを備える容器であって、前記内部キャビティが反応性材料を備え、前記反応性材料が少なくとも約２００℃の温度に維持される容器と、
前記容器の前記内部キャビティを前記容器の外部環境から密封するシールであって、セラミック部品を備え、前記反応性材料および前記容器の前記外部環境の両方にさらされているシールと、
前記容器の前記外部環境から、前記シールを通って前記容器の前記内部キャビティまで延在する導体と、
前記導体および前記セラミック部品に結合された金属スリーブであって、前記金属スリーブが、ろう付けを備えるろう付け接合部によって前記セラミック部品に結合され、前記反応性材料が少なくとも約１日の期間にわたって少なくとも約２００℃の温度に維持される場合、空気に対して実質的に反応せず、前記容器内への空気の拡散を防止する材料で前記ろう付けが形成される、金属スリーブと
を備える高温装置。
【請求項４０】
前記ろう付けが延性である、請求項３９に記載の高温装置。
【請求項４１】
内部ろう付けをさらに備え、前記内部ろう付けが前記反応性材料と接触し、前記ろう付けを前記反応性材料から保護する、請求項３９に記載の高温装置。
【請求項４２】
前記内部ろう付けが、活性金属ろう付けである、請求項４１に記載の高温装置。
【請求項４３】
前記容器内への空気の拡散が、最大で約１×１０−８気圧−立方センチメートル／秒である、請求項３９に記載の高温装置。
【請求項４４】
前記ろう付けが、少なくとも２つの異なる金属の合金である、請求項４０に記載の高温装置。
【請求項４５】
前記高温装置が電池であり、前記電池が負極、正極および液体電解質を備える、請求項１または３９に記載の高温装置。
【請求項４６】
前記負極および前記正極の少なくとも一方が液体金属電極である、請求項４５に記載の高温装置。
【請求項４７】
前記液体電解質が溶融ハロゲン化物電解質である、請求項４５に記載の高温装置。
【請求項４８】
前記電気化学セルが電池であり、前記電池が負極、正極および液体電解質を備える、請求項２３に記載の電気化学セル。
【請求項４９】
前記負極および前記正極の少なくとも一方が、液体金属電極である、請求項４８に記載の電気化学セル。
【請求項５０】
前記液体電解質が、溶融ハロゲン化物電解質である、請求項４８に記載の電気化学セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連技術の相互参照
本出願は、参照により全体的に本明細書に組み入れられる、２０１６年９月７日に出願された米国仮特許出願第６２／３８４，６６２号明細書の利益を主張する。
【背景技術】
【０００２】
様々な装置が昇温（または高温）で使用するために構成されている。そのような装置の例には昇温電池が含まれ、それらは、貯蔵された化学エネルギーを電気エネルギーに変換することができる装置である。電池は、多くの家庭用および工業用用途で使用され得る。高温装置の別の例は、半導体装置の製造に使用されるものなどの化学蒸着チャンバである。高温装置の別の例は、反応性金属を処理、輸送、収容および／または貯蔵するように設計された化学処理容器、移送パイプ、または貯蔵容器である。高温装置の別の例は、電気エネルギーおよび／または電気信号を装置の中に通過させ、または装置から電気エネルギーおよび／または電気信号を受信するために、装置の外面の２つの部分間の電気的絶縁を必要とする任意の高温装置であり得る。これらの装置は、典型的には２００℃以上の温度で動作することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本明細書で認識されるのは、昇温（または高温）装置に関連する様々な制限である。例えば、いくつかの電池は、高温（例えば、少なくとも約１００℃または３００℃）で動作し、反応性材料の蒸気（例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、またはカルシウムの蒸気のような反応性金属蒸気）を有し、それらは装置内に十分に収容され得る。高温反応性材料装置の他の例には、冷却剤として溶融塩または金属（例えば溶融ナトリウムまたはリチウムまたは溶融ナトリウム含有合金またはリチウム含有合金）を使用する原子炉（例えば核融合および／または核分裂）、半導体製造のための装置、非均質原子炉、ならびに反応性材料（例えば、強い化学的還元能力を有する化学物質などの反応性化学物質、あるいは、例えばリチウムまたはナトリウムなどの反応性金属など）を製造する（例えば、処理する）および／または取り扱う（例えば輸送または保存する）ための装置が含まれる。そのような装置は、反応性材料の蒸気が装置から出るのを防ぐために（例えば、装置の故障を防止し、装置の使用を引き延ばし、またはそのような装置の使用者または操作者に対する健康への悪影響を回避するために）、使用中に外部環境から十分に密封されることが可能であり、および／または容器の腐食を防ぐために、装置内に保護ライニングを有することができる。さらに、これらの装置のシール自体が、高温の反応性材料が存在する場合の使用の影響から保護され得る。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本開示は、高温装置および／または他の装置の中で使用可能であり、例えば、防弾システムおよび装置（例えば、耐弾貫通性防護具）内に使用される強化セラミックを含むセラミック材料を提供する。
【０００５】
本開示は、エネルギー貯蔵装置用、ならびに反応性材料（例えば反応性金属）を有し（例えば、含有する、または備える）、かつ高温（例えば少なくとも約１００℃または３００℃）で動作する他の装置用のシールおよび／または原子炉容器ライニングを提供する。エネルギー貯蔵装置（例えば電池）は、電力グリッド内で、または独立型システムの一部として使用され得る。電池は、電気エネルギー消費の需要がある場合、後の放電のために発電源から充電され得る。
【０００６】
一態様では、本開示は、内部キャビティを備える容器であって、内部キャビティが反応性材料を備え、反応性材料が少なくとも約２００℃の温度に維持される容器と、容器の内部キャビティを容器の外部環境から密封するシールであって、シールがセラミック部品を備え、シールが反応性材料および容器の外部環境の両方にさらされている、シールと、容器の外部環境から、シールを通って容器の内部キャビティまで延在する導体と、導体およびセラミック部品に結合された第１の金属スリーブであって、第１の金属スリーブが、第１のろう付けを備える第１のろう付け接合部によってセラミック部品に結合され、第１のろう付けが、銀とアルミニウムの合金を備える、第１の金属スリーブとを備える高温装置を提供する。
【０００７】
いくつかの実施形態では、導体は負極電流リードである。いくつかの実施形態では、装置が容器内に負極集電体をさらに備え、負極集電体は反応性材料と接触し、負極電流リードに取り付けられている。
【０００８】
いくつかの実施形態では、装置は、セラミック部品に結合された第２の金属スリーブをさらに備え、第２の金属スリーブが、容器または容器に接合されたカラーに結合され、第２の金属スリーブが、第２のろう付けを備える第２のろう付け接合部によってセラミック部品に結合され、第２のろう付けが、銀とアルミニウムの合金を備える。いくつかの実施形態では、銀とアルミニウムの合金が、約１９対１以下の銀対アルミニウムの比を備える。いくつかの実施形態では、第１のろう付けおよび第２のろう付けの一方または両方が、チタンろう付け合金をさらに備える。いくつかの実施形態では、チタンろう付け合金が、約１９〜２１重量％のジルコニウム、１９〜２１重量％のニッケル、１９〜２１重量％の銅を備え、残りの重量％が少なくともチタンを備える。
【０００９】
いくつかの実施形態では、装置は、第１のろう付け接合部、第２のろう付け接合部、または第１および第２のろう付け接合部の両方に隣接して配置された内部ろう付けをさらに備え、内部ろう付けが、容器の内部キャビティにさらされている。いくつかの実施形態では、内部ろう付けはチタンろう付け合金を備える。
【００１０】
いくつかの実施形態では、第２の金属スリーブが、第３のろう付けによって容器またはカラーに結合されている。いくつかの実施形態では、第３のろう付けが、ニッケル系ろう付けまたはチタン系ろう付けを備え、ニッケル系ろう付けが約７０重量％以上のニッケルを備える。いくつかの実施形態では、ニッケル系ろう付けが、ＢＮｉ−２ろう付け、ＢＮｉ−５ｂろう付け、またはＢＮｉ−９ろう付けを備える。
【００１１】
いくつかの実施形態では、第１の金属スリーブが、第４のろう付けによって導体に結合されている。いくつかの実施形態では、第４のろう付けが、ニッケル系ろう付け、チタン系ろう付け、または銀とアルミニウムの合金である。
【００１２】
いくつかの実施形態では、銀とアルミニウムの合金が湿潤剤をさらに備える。いくつかの実施形態では、湿潤剤はチタンを備える。いくつかの実施形態では、セラミック部品は窒化アルミニウムを備える。いくつかの実施形態では、セラミック部品が、約３重量％以上の酸化イットリウムをさらに備える。いくつかの実施形態では、セラミック部品が、約１重量％から約４重量％の酸化イットリウムをさらに備える。
【００１３】
いくつかの実施形態では、第１および第２の金属スリーブは合金４２を備え、導体およびカラーはステンレス鋼を備える。いくつかの実施形態では、ステンレス鋼は３０４Ｌステンレス鋼を備える。いくつかの実施形態では、第１および第２の金属スリーブが、約０．０２０インチ以下の厚さを有する。
【００１４】
一態様では、本開示は、内部キャビティを備える容器であって、内部キャビティが反応性材料を備え、反応性材料が少なくとも約２００℃の温度に維持される容器と、容器の内部キャビティを容器の外部環境から密封するシールであって、反応性材料および容器の外部環境の両方にさらされているセラミック部品を備えるシールと、容器の内部キャビティから、シールを通って容器の外部環境まで延在する電流リードと、電流リードおよびセラミック部品に結合された第１の金属スリーブと、セラミック部品に、および容器に、または容器に接合されたカラーに結合された第２の金属スリーブとを備える電気化学セルであって、セラミック部品が、セラミック部品の表面上に物理的イオンブロッカーを備える、電気化学セルを提供する。
【００１５】
いくつかの実施形態では、物理的イオンブロッカーが、セラミック部品の表面に沿ったエレクトロマイグレーションを抑制するように成形されている。いくつかの実施形態では、物理的イオンブロッカーが、セラミック部品の表面を横切る金属デンドライトの形成を抑制するように成形されている。いくつかの実施形態では、第１の金属スリーブおよび第２の金属スリーブが、それぞれ第１のろう付けおよび第２のろう付けによってセラミック部品に結合されている。いくつかの実施形態では、セラミック部品の表面が、第１のろう付けと第２のろう付けとの間のセラミック部品の露出面であり、第１のろう付けから第２のろう付けまで、セラミック部品の露出面に沿った最短経路が、第１のろう付けおよび第２のろう付けの両方から少なくとも部分的に離れる方向に向けられた経路セグメントを含むように、物理的イオンブロッカーが成形されている。
【００１６】
いくつかの実施形態では、第１および第２のろう付けはそれぞれ銀とアルミニウムの合金を備える。いくつかの実施形態では、電流リードは負極電流リードである。いくつかの実施形態では、物理的イオンブロッカーはセラミック部品の表面に取り付けられている。いくつかの実施形態では、物理的イオンブロッカーはセラミック部品の露出面に配置されている。いくつかの実施形態では、物理的イオンブロッカーが、セラミック部品の一体部分であり、物理的イオンブロッカーが、セラミック部品の露出面の一部として１つまたは複数の突起を備え、１つまたは複数の突起がセラミック部品の基準面から延在する。
【００１７】
いくつかの実施形態では、１つまたは複数の突起が、溝を画定する複数の突起を備える。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の突起が、セラミック部品の基準面から約２ｍｍ以上の距離にわたって延在する。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の突起が、長寸法と短寸法とを備え、長寸法が、セラミック部品の基準面に対して実質的に直交する角度で配置された傾斜を画定する。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の突起が、セラミック部品の基準面に対して鋭角に配置され、かつ正電界源に向かって面している傾斜を画定する。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の突起が、セラミック部品の基準面から延在する第１の部分と、セラミック部品の基準面と平行な傾斜を画定し、正電界源に向かって延在する第２の部分とを備える。いくつかの実施形態では、正電界源が、正極と電気的に連通する容器の本体である。
【００１８】
一態様では、本開示は、内部キャビティを備える容器であって、内部キャビティが反応性材料を備え、反応性材料が少なくとも約２００℃の温度に維持される、容器と、容器の内部キャビティを容器の外部環境から密封するシールであって、シールがセラミック部品を備え、シールが反応性材料および容器の外部環境の両方にさらされている、シールと、容器の外部環境から、シールを通って容器の内部キャビティまで延在する導体と、導体およびセラミック部品に結合された金属スリーブであって、金属スリーブが、ろう付けを備えるろう付け接合部によってセラミック部品に結合され、反応性材料が少なくとも約１日の期間にわたって少なくとも約２００℃の温度に維持される場合、空気に対して実質的に反応せず、容器内に空気の拡散を防止する材料でろう付けが形成される、金属スリーブとを備える高温装置を提供する。
【００１９】
いくつかの実施形態では、ろう付けは延性である。いくつかの実施形態では、装置が、内部ろう付けをさらに備え、内部ろう付けが反応性材料と接触し、ろう付けを反応性材料から保護する。いくつかの実施形態では、内部ろう付けは活性金属ろう付けである。いくつかの実施形態では、容器内への空気の拡散が、最大で約１×１０−８気圧−立方センチメートル／秒である。いくつかの実施形態では、ろう付けが、少なくとも２つの異なる金属の合金である。
【００２０】
一態様では、本開示は、ガス部分と液体部分とを備える反応性材料を収容するチャンバを有する容器と、少なくとも約２００℃の温度に維持される反応性材料と、容器のチャンバを容器の外部環境から密封するシールであって、ガス部分に露出したセラミック部品を備えるシールと、容器の外部環境から容器のチャンバまでシールを通って延在する導体であって、液体部分と電気的に連通する導体と、導体に接続され、シールと液体部分との間のガス部分内に配置されている第１のシールドとを備える高温装置を提供する。
【００２１】
いくつかの実施形態では、第１のシールドが、シールと液体部分とを互いに少なくとも部分的に遮断する。いくつかの実施形態では、第１のシールドが、シールと液体部分とを互いに完全に遮断する。いくつかの実施形態では、第１のシールドが、導体からある距離だけ延在し、その距離は導体の幅の約１．５倍以上である。いくつかの実施形態では、第１のシールドが、シールドのない同じ高温装置と比べて、液体部分からシールまでの有効ガス拡散経路を約１０パーセント以上増加させるように形成されている。いくつかの実施形態では、第１のシールドが、液体部分からシールまで、約７ｃｍ−１以上の有効ガス拡散経路を提供するように形成されている。
【００２２】
いくつかの実施形態では、第１のシールドが、シールドのない同じ高温装置と比べて、液体部分からシールまでの有効イオン経路長を約３０パーセント以上増加させるように形成されている。いくつかの実施形態では、有効イオン拡散経路長の増加は、約７５パーセント以上である。いくつかの実施形態では、第１のシールドが、約１．５以上の有効イオン拡散経路長を提供するように形成されている。いくつかの実施形態では、第１のシールドが、約２以上の有効イオン拡散経路長を提供するように形成されている。
【００２３】
いくつかの実施形態では、導体は負極電流リードである。いくつかの実施形態では、装置は、第１のシールドとシールとの間に配置された第２のシールドをさらに備える。いくつかの実施形態では、第１のシールドおよび第２のシールドが、液体部分からシールまで、容器の幅の少なくとも１．５倍の拡散経路を生成するように形成された凸部および凹部を交互に備える。いくつかの実施形態では、第２のシールドはチャンバの壁に結合されている。いくつかの実施形態では、第１のシールドは負極電流リードと電気的に接触しており、第２シールドは正極電流リードと電気的に接触している。
【００２４】
いくつかの実施形態では、装置は、正極電流リードと電気的に接触し、第１のシールドと液体部分との間に配置された第２のシールドをさらに備える。いくつかの実施形態では、液体部分は蒸気を生成し、第２のシールドは接触時に蒸気を塩に変換する。いくつかの実施形態では、ガス部分にさらされる容器の内面は、正電流源と電気的に連通するイオン伝導性膜を備え、第１のシールドは、液体部分とシールとの間を流れる蒸気が内面に沿って流れるように形成されている。いくつかの実施形態では、第１のシールドは、その周囲に縁部を備え、縁部は、液体部分からシールまでの経路に沿って、液体部分からの液体の毛細管流動を抑制するようにチャンバ内に形成され、配置される。
【００２５】
一態様では、本開示は、少なくとも約２００℃の温度に維持される反応性材料を収容するチャンバを有する容器と、容器のチャンバを容器の外部環境から密封するシールであって、シールが反応性材料に露出したセラミック部品と、ろう付けによってセラミック部品に結合された金属スリーブとを備えるシールと、容器の外部環境から容器のチャンバまでシールを通って延在する電流リードであって、電流リードが反応性材料と電気的に接触しており、電流リードが、電流リードと同じ材料を備える肩部を備え、肩部がスリーブを電流リードに結合する、電流リードとを備える電気化学セルを提供する。
【００２６】
いくつかの実施形態では、電流リードは負極電流リードである。いくつかの実施形態では、電気化学セルは、チャンバ内にあり、負極電流リードの端部に取り付けられた負極集電体をさらに備える。いくつかの実施形態では、負極電流リードは、シールを通って延在する円筒体と、負極電流リードを負極集電体に取り付けるねじ部とを備え、負極電流リードは、容器の外側で負極電流リードの端部の反対側上に配置された２つの平行な、略平坦な表面をさらに備える。いくつかの実施形態では、負極集電体は発泡体を備える。
【００２７】
いくつかの実施形態では、高温装置が電池であり、電池が負極、正極、および液体電解質を備える。いくつかの実施形態では、負極および正極の少なくとも一方が、液体金属電極である。いくつかの実施形態では、液体電解質は溶融ハロゲン化物電解質である。
【００２８】
本開示のさらなる態様および利点は、本開示の例示的な実施形態のみが示され、説明されている以下の詳細な説明から当業者には容易に明らかになるであろう。理解されるように、本開示は他の、および異なる実施形態が可能であり、そのいくつかの詳細は全て開示から逸脱することなく、様々な明白な点で修正が可能である。したがって、図面および説明は、本質的に例示と見なされるべきであり、限定と見なされるべきではない。
【００２９】
参照による組み込み
本明細書で言及された全ての刊行物、特許、および特許出願は、それぞれの個々の刊行物、特許、または特許出願が具体的かつ個別に参照により組み込まれることが示された場合と同様に、参照により本明細書に組み込まれる。
【００３０】
本発明の新規な特徴は、添付の特許請求の範囲に詳細に記載されている。本発明の特徴および利点のよりよい理解は、本発明の原理が利用される例示的な実施形態を説明する以下の詳細な説明、および添付の図面（本明細書では「図」または「図面」もまた）を参照することによって得られるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】電気化学セル（Ａ）および電気化学セル（ＢおよびＣ）の集まり（例えば電池）の図である。
【図２】ハウジング内の開口部を通過している集電体と電気的に連通している導体を有するハウジングの概略断面図である。
【図３】１つまたは複数の金属スリーブの間に配置されたセラミック部品を有するシール設計を示す図である。
【図４】反応性材料を収容し、シール腐食を抑制するための追加の部品を含むシールを備える電気化学セルを示す図である。
【図５】有効ガス拡散経路を増加させるように構成されたシールドを有する電気化学セルを示す図である。
【図６】拡散経路長をさらに増加させるように構成された複数のシールドを有する電気化学セルを示す図である。
【図７】シールへの液体の流れおよびはねかけを抑制するためのリップを有するシールドを備える電気化学セルを示す図である。
【図８】有効イオン拡散経路を増加させるように構成されたシールドを有する電気化学セルを示す図である。
【図９】液体部分と負に分極されたシールドとの間に配置された正に分極されたシールドを有するセルの画像である。
【図１０Ａ】物理的イオンブロッカーの異なる構成を示す図である。
【図１０Ｂ】物理的イオンブロッカーの異なる構成を示す図である。
【図１０Ｃ】物理的イオンブロッカーの異なる構成を示す図である。
【図１１Ａ】負極電流リード（ＮＣＬ）カプラを備える負極電流リードを示す図である。
【図１１Ｂ】一方の端部に１対の略平坦で平行な表面を備える電流リードの正面図および側面図である。
【図１２】材料がセルの内部環境および外部環境に対して熱力学的に安定している、ろう付けされたセラミックシールの概略図である。
【図１３】セラミックおよび／またはろう付け材料が内部環境および外部環境に対して熱力学的に安定していないシールを示す図である。
【図１４】ろう付けされたセラミックシールの一例を示す図である。
【図１５】ろう付けされたセラミックシールの一例を示す図である。
【図１６】ろう付けされたセラミックシールの一例を示す図である。
【図１７】ろう付けされたセラミックシールの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本明細書では本発明の様々な実施形態を示し説明してきたが、そのような実施形態が例としてのみ提供されていることは当業者には明らかであろう。当業者であれば、本発明から逸脱することなく、多数の変形形態、変更形態、および代替形態に思い当たる可能性がある。本明細書に記載されている本発明の実施形態に対する様々な代替形態が採用され得ることを理解されたい。本発明の異なる態様は、個別に、集合的に、または互いに組み合わせて理解され得ることを理解されたい。
【００３３】
本明細書で使用される「直接金属対金属の接合」または「直接金属対金属の接合部」という用語は、一般に、２つの金属表面が接触する（例えば、ろう付けまたは溶接を形成することによって）電気接続を指す。いくつかの例では、直接金属対金属の接合部はワイヤを含まない。
【００３４】
本明細書で使用される「電子的に」という用語は、一般に、電子がほとんど抵抗なく２つ以上の部品間を容易に流れることができる状況を指す。互いに電子接続する部品は、互いに電気的に連通することができる。
【００３５】
本明細書で使用される「垂直」という用語は、一般に、重力に平行な方向を指す。
【００３６】
材料を説明するために本明細書で使用される「安定した」という用語は、一般に、熱力学的に安定し、化学的に安定し、熱化学的に安定し、電気化学的に安定し、動的に安定しており、またはそれらの任意の組み合わせである材料を指す。安定した材料は、実質的に熱力学的、化学的、熱化学的、電気化学的および／または動的に安定していることが可能である。安定した材料は、実質的に化学的または電気化学的に還元されず、攻撃されず、または腐食されない可能性がある。安定した、熱力学的に安定した、または化学的に安定した材料に関して説明した本開示の任意の態様は、少なくともいくつかの構成において、熱力学的に安定した、化学的に安定した、熱化学的に安定した、および／または電気化学的に安定した材料に等しく適用できる。
【００３７】
高温装置用セラミック材料およびシール
本開示は、高温装置用のシールまたは耐食ライニングを提供する。装置は、１つまたは複数の反応性材料を収容する、または備える高温反応性材料装置とすることができる。例えば、高温装置は反応性材料を収容することができる。場合によっては、装置は高温反応性金属装置とすることができる。限定されないが、装置は、例えば、反応性金属（例えば、リチウム、ナトリウム、マグネシウム、アルミニウム、カルシウム、チタンおよび／または他の反応性金属）のような反応性材料の製造用および／または取り扱い用、および／または半導体製造用、原子炉用（例えば核融合／核分裂反応炉、例えば、冷却剤として溶融ナトリウムまたは溶融リチウム、あるいは溶融ナトリウムまたはリチウム含有合金などの例えば溶融塩または金属を使用する原子炉）、非均質原子炉用、化学処理装置用、化学輸送装置用、化学貯蔵装置用、または電池用（例えば、液体金属電池）の強い化学的還元能力を有する化学物質（例えば、反応性化学物質）であり得る。例えば、いくつかの電池は、高温（例えば、少なくとも約１００℃または３００℃）で動作し、反応性金属の蒸気（例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、またはカルシウム）を有するが、それらは故障を低減するために電池内で十分に収容され得る。いくつかの例では、そのような高温装置は、少なくとも約１００℃、１５０℃、２００℃、２５０℃、３００℃、３５０℃、４００℃、４５０℃、５００℃、５５０℃、６００℃、６５０℃、７００℃、７５０℃、８００℃、８５０℃、９００℃またはそれ以上の温度で動作し、加熱され、および／または維持される。そのような温度では、装置の１つまたは複数の部品は、液体（または溶融）または気化状態になり得る。
【００３８】
装置は、セラミック材料を備えることができる。セラミック材料は、１つまたは複数の反応性材料を収容する装置内の誘電絶縁体として機能することができる。装置は、例えば少なくとも約３００℃または４００℃の温度で動作し得る。装置は、核分裂または核融合炉に付随することが可能である。誘電絶縁体は、シール（例えば、気密シール）の一部であり得る。セラミック材料は、反応性材料を収容し、約３００℃より高い温度で動作する装置のシールに使用され得る。
【００３９】
シールは、装置に含まれる反応性材料（例えば、反応性金属または溶融塩）と接触しているセラミック材料（例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ））を備えることができる。セラミック材料は、反応性材料（例えば、装置内に収容される反応性材料、例えば、反応性金属または溶融塩）に対して化学的耐性を有することができる。装置が高温（例えば、少なくとも約１００℃、１５０℃、２００℃、２５０℃、３００℃、３５０℃、４００℃、５００℃、６００℃、７００℃、８００℃または９００℃）で動作する場合、セラミック材料は反応性材料に対して化学的耐性を有することができる。
【００４０】
シールは、セラミック材料と、少なくとも１つの金属カラー／スリーブおよび装置との間に配置された活性金属ろう付けを備えることができる。活性金属ろう付けは、セラミック材料を化学的に還元する金属種（例えば、チタン（Ｔｉ）またはジルコニウム（Ｚｒ））を備えることができる。
【００４１】
シールは、導電性フィードスルー、熱電対または電圧センサを封入することができる（かつ装置のハウジングからフィードスルーを電気的に絶縁することができる）。例えば、セラミック材料は絶縁体であり得る。
【００４２】
いくつかの例では、シールは、少なくとも約１００℃、１５０℃、２００℃、２５０℃、３００℃、３５０℃、４００℃、５００℃、６００℃、７００℃、８００℃または９００℃の温度で装置内の反応性材料に対して化学的耐性を有することができる。いくつかの例では、シールは、そのような温度で少なくとも約６ヶ月、１年、２年、５年、１０年、２０年以上の間、反応性材料に対して化学的耐性を有することができる。いくつかの例では、装置は高温反応性金属装置とすることができ、シールは反応性金属を備える装置内の材料に対して化学的耐性を有することができる。一例では、シールは、少なくとも約３００℃の温度で少なくとも約１年間、リチウム蒸気に対して耐性を有することができる。シールは反応性材料（例えば反応性材料の蒸気）を装置内に保持することができる。例えば、シールは反応性金属蒸気および／または溶融塩蒸気を装置内に保持することができる。
【００４３】
電気化学セル、装置、およびシステム
本開示は、電気化学エネルギー貯蔵装置（例えば電池）およびシステムを提供する。エネルギー貯蔵装置は、エネルギー貯蔵システムを形成することができ、またはエネルギー貯蔵システムの中に設けられることができる。電気化学エネルギー貯蔵装置は、一般に、少なくとも１つの電気化学セル、本明細書の「セル」および「電池セル」もまた含み、ハウジング内に密封されている（例えば、密封封止されている）。セルは、例えば電子装置、別のエネルギー貯蔵装置または電力グリッドなどの負荷に電気エネルギー（例えば、電位下にある電子）を供給するように構成され得る。
【００４４】
本開示の電気化学セルは、負極、負極に隣接する電解質、および電解質に隣接する正極を含むことができる。負極は、電解質によって正極から分離され得る。負極は、放電中にアノードになることができる。正極は、放電中にカソードになることができる。セルは、材料「Ａ」の負極および材料「Ｂ」の正極を含むことができ、Ａ｜｜Ｂとして示される。正極および負極は、電解質によって分離され得る。セルは、ハウジング、１つまたは複数の集電体、およびシール（例えば、高温電気絶縁シール）をさらに含むことができる。
【００４５】
いくつかの例では、電気化学セルは液体金属電池セルである。いくつかの例では、液体金属電池セルは、負の液体（例えば、溶融）金属電極と、正の固体、半固体、または液体（例えば、溶融）金属、半金属および／または非金属電極との間に配置された液体電解質を含むことができる。場合によっては、液体金属電池セルは、溶融アルカリ土類金属（例えば、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ））および／またはアルカリ金属（例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム）、負極、電解質、および金属正極を有する。金属正極は、例えば、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）、テルル（Ｔｅ）、およびセレン（Ｓｅ）のうちの１つまたは複数を含むことができる。例えば、正極は、液体Ｐｂ、固体Ｓｂ、液体もしくは半固体のＰｂ−Ｓｂ合金、または液体Ｂｉを含むことができる。正極は、単独で、または他の金属、半金属もしくは非金属と組み合わせて、１つまたは複数の遷移金属またはｄ−ブロック元素（例えば、亜鉛（Ｚｎ）、カドミウム（Ｃｄ）、および水銀（Ｈｇ））を含むこともでき、例えば、Ｚｎ−Ｓｎ合金またはＣｄ−Ｓｎ合金などが挙げられる。いくつかの例では、正極は、１つの安定した酸化状態を有する金属または半金属（例えば、単一または単一の酸化状態を有する金属）を備えることができる。本明細書における金属もしくは溶融金属正極、または正極の任意の説明は、金属、半金属および非金属のうちの１つまたは複数を含む電極を指すことができる。正極は、材料の列挙された例の１つまたは複数を収容することができる。一例では、金属正極は、鉛および／またはアンチモンを含むことができる。いくつかの例では、金属正極は、正極で合金化されたアルカリおよび／またはアルカリ土類金属を含むことができる。
【００４６】
電解質は、アルカリ金属塩またはアルカリ土類金属塩などの塩（例えば溶融塩）を含むことができる。アルカリまたはアルカリ土類金属塩は、活性アルカリまたはアルカリ土類金属のフッ化物（Ｆ）、塩化物（Ｃｌ）、臭化物（Ｂｒ）、またはヨウ化物（Ｉ）などのハロゲン化物、またはそれらの組み合わせであり得る。一例では、電解質（例えば、タイプ１またはタイプ２の化学的性質において）は、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）を含む。いくつかの例では、電解質は、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）、臭化ナトリウム（ＮａＢｒ）、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）、臭化リチウム（ＬｉＢｒ）を備え得る。ヨウ化リチウム（ＬｉＩ）、フッ化カリウム（ＫＦ）、塩化カリウム（ＫＣｌ）、臭化カリウム（ＫＢｒ）、ヨウ化カリウム（ＫＩ）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）、塩化カルシウム（ＣａＣｌ２）、臭化カルシウム（ＣａＢｒ２）、ヨウ化カルシウム（ＣａＩ２）、フッ化ストロンチウム（ＳｒＦ２）、塩化ストロンチウム（ＳｒＣｌ２）、臭化ストロンチウム（ＳｒＢｒ２）、ヨウ化ストロンチウム（ＳｒＩ２）またはそれらの任意の組み合わせを備えることができる。いくつかの例では、電解質は塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ２）を含む。代替形態として、活性アルカリ金属の塩は、例えば、非塩化物ハロゲン化物、ビストリフルイミド（ｂｉｓｔｒｉｆｌｉｍｉｄｅ）、フルオロスルファノアミン、過塩素酸塩、ヘキサフルオロリン酸塩、テトラフルオロホウ酸塩、炭酸塩、水酸化物、硝酸塩、亜硝酸塩、硫酸塩、亜硫酸塩、またはそれらの組み合わせであり得る。場合によっては、電解質は塩の混合物（例えば、２５：５５：２０モル％のＬｉＦ：ＬｉＣｌ：ＬｉＢｒ、５０：３７：１４モル％のＬｉＣｌ：ＬｉＦ：ＬｉＢｒ、３４：３２．５：３３．５モル％のＬｉＣｌ−ＬｉＢｒ−ＫＢｒなど）を備えることができる。いくつかの例では、電解質は、約３０：１５：５５モル％のＣａＣｌ２：ＫＣｌ：ＬｉＣｌを備える。いくつかの例では、電解質は、約３５：６５モル％のＣａＣｌ２：ＬｉＣｌを備える。いくつかの例では、電解質は、約２４：３８：３９重量％のＬｉＣｌ：ＣａＣｌ２：ＳｒＣｌ２を備える。いくつかの例では、電解質は、少なくとも約２０重量％のＣａＣｌ２、２０重量％のＳｒＣｌ２、および１０重量％のＫＣｌを備える。いくつかの例では、電解質は、少なくとも約１０重量％のＬｉＣｌ、３０重量％のＣａＣｌ２、３０重量％のＳｒＣｌ２、および１０重量％のＫＣｌを備える。電解質は、低い（例えば、最小の）電子伝導性を示し得る。例えば、電解質は、約０．０３％または０．３％以下の電子移動数（すなわち、電子の移動による電気（電子およびイオン）電荷の割合）を有することができる。
【００４７】
場合によっては、電気化学エネルギー貯蔵装置の負極および／または正極は、エネルギー貯蔵装置の動作温度で液体状態にある。（１または複数の）電極を（１または複数の）液体状態に維持するために、電池セルを任意の適切な温度に加熱することができる。いくつかの例では、電池セルは、約１００℃、１５０℃、２００℃、２５０℃、３００℃、３５０℃、４００℃、４５０℃、４７５℃、５００℃、５５０℃、６００℃、６５０℃または約７００℃の温度に加熱および／または維持される。電池セルは、少なくとも約１００℃、１５０℃、２００℃、２５０℃、３００℃、３５０℃、４００℃、４５０℃、４７５℃、５００℃、５５０℃、６００℃、６５０℃、７００℃、８００℃または９００℃の温度に加熱および／または維持され得る。そのような場合、負極、電解質および／または正極は、液体（または溶融）状態であり得る。一例では、負極および電解質は液体状態にあり、正極は固体または半固体状態にある。いくつかの状況では、電池セルは、約２００℃〜６００℃、５００℃〜５５０℃または４５０℃〜５７５℃に加熱される。
【００４８】
いくつかの実施形態では、電気化学セルまたはエネルギー貯蔵装置は、少なくとも部分的にまたは完全に自己発熱することができる。例えば、電池は、十分な速度で十分に絶縁、充電、放電および／または調整され、かつ／またはサイクル動作の非効率性の中でもシステムが十分な熱を発生させるのに十分な時間割合でサイクルされることができて、その結果、セルは、システムに追加のエネルギーを印加することなく、所与の動作温度（例えば、液体成分のうちの少なくとも１つの凝固点を超えるセル動作温度）で維持される。
【００４９】
本開示の電気化学セルは、充電（またはエネルギー貯蔵）モードと放電モードとの間でサイクルするように適合され得る。いくつかの例では、電気化学セルは、完全充電、部分充電または部分放電、または完全放電され得る。
【００５０】
セルは、電圧を有することができる。充電カットオフ電圧（ＣＣＶ）は、定電流モードでサイクルされる場合、電池で使用される電圧カットオフ限界など、セルが完全に、または実質的に完全に充電される電圧を指すことができる。開路電圧（ＯＣＶ）は、セルが任意の回路または外部負荷から切断されている場合（すなわち、セルを通って電流が流れていない場合）のセルの電圧（例えば、完全にまたは部分的に充電されている）を指すことができる。本明細書で使用される電圧またはセル電圧は、セルの電圧（例えば、任意の充電状態または充電／放電条件における）を指すことができる。場合によっては、電圧またはセル電圧は開路電圧であり得る。場合によっては、電圧またはセル電圧は、充電中または放電中の電圧であり得る。本開示の電圧は、接地（０ボルト（Ｖ））などの基準電圧、または電気化学セル内の対向電極の電圧に関して取得され、または表示され得る。
【００５１】
本開示は、活性成分（例えば、負極、電解質および正極）の組成に基づき、それによって定義され、かつセルの動作モード（例えば、低電圧モード対高電圧モード）に基づいて変動し得る、タイプ１およびタイプ２のセルを提供する。セルは、タイプ２の動作モードで使用するように構成されている材料を備えることができる。セルは、タイプ１の動作モードで使用するように構成されている材料を備えることができる。場合によっては、セルは、高電圧（タイプ２）動作モードと低電圧（タイプ１）動作モードの両方で動作可能である。例えば、タイプ１モードで使用するために通常構成されている正極および負極材料を有するセルは、タイプ２の動作モードで動作され得る。セルは、タイプ１とタイプ２の動作モード間でサイクルされ得る。セルは、最初にタイプ１モードで所与の電圧（例えば０．５Ｖから１Ｖ）まで充電（または放電）され、続いてタイプ２モードでより高い電圧（例えば１．５Ｖから２．５Ｖまたは１．５Ｖから３Ｖ）まで充電（その後放電）され得る。場合によっては、タイプ２モードで動作されているセルは、タイプ１モードで動作されているセルの電圧を超えることができる電極間電圧で動作することができる。場合によっては、タイプ２セルの化学的性質は、タイプ１モードで動作されているタイプ１セルの化学的性質のものを超えることができる電極間電圧で動作することができる。タイプ２セルは、タイプ２モードで動作され得る。
【００５２】
例示的なタイプ１の電池では、放電すると、負極で形成されたカチオンが電解質中に移動する可能性がある。同時に、電解質は、カチオンから中性に帯電した金属種に、および正極を含む合金に還元することができる、同じ種のカチオン（例えば、負極材料のカチオン）を正極（例えば、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｓｎ、またはそれらの任意の組み合わせ）に供給することができる。いくつかの例では、電解質中の異なるカチオン種が正極上に共析出することができる（例えば、カルシウム２＋（Ｃａ２＋）およびリチウム＋（Ｌｉ＋）がＳｂ上に析出し、（１または複数の）Ｃａ−Ｌｉ−Ｓｂ合金を形成する）。放電状態において、負極は、負極材料（例えば、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、Ｍｇ、Ｃａ）を（例えば、部分的にまたは完全に）枯渇させる可能性がある。充電中、正極で合金は分離して、負極材料の１つまたは複数の異なる種のカチオン（例えば、Ｌｉ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｍｇ２＋、Ｃａ２＋）を生成することができ、それが電解質中に移動する。次いで電解質はカチオン（例えば、負極材料のカチオン）を負極に提供することができ、カチオンは外部回路から１つまたは複数の電子を受け取り、中性金属種に変換され、それが負極を補充して、充電状態のセルを提供する。いくつかの例では、充電中に電解質中の異なるカチオン種が負極上に共析出され得る。タイプ１セルは、プッシュ−ポップ方式で動作することができ、電解液の中への１つまたは１組のカチオンの進入により、電解液から同じカチオンまたは同じ組のカチオン種の放電をもたらす。
【００５３】
例示的なタイプ２のセルでは、放電状態で、電解質は負極材料のカチオン（例えば、Ｌｉ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｍｇ２＋、Ｃａ２＋）を備え、正極は正極材料（例えば、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｈｇ）を備える。充電中、電解質からの負極材料のカチオンは、１つまたは複数の電子（例えば、負極集電体からの）を受け取って、負極材料を備える負極を形成する。いくつかの例では、負極材料は液体であり、負極集電体の発泡体（または多孔質）構造の中に浸かっている。いくつかの例では、負極集電体は発泡体（または多孔質）構造を含まない可能性がある。いくつかの例では、負極集電体は、例えば、タングステン（Ｗ）（例えば、Ｚｎからの腐食を避けるため）、タングステンカーバイド（ＷＣ）、または鉄−ニッケル（Ｆｅ−Ｎｉ）発泡体を含まないモリブデン（Ｍｏ）負極集電体のような金属を備えることができる。同時に、正極からの正極材料は、電子を放出し（例えば、正極集電体に）、正極材料のカチオン（例えば、Ｓｂ３＋、Ｐｂ２＋、Ｓｎ２＋、Ｚｎ２＋、Ｈｇ２＋）として電解質の中に溶解する。正極材料のカチオンの濃度は、電解質中のカチオン材料の原子量および拡散動力学に基づいて、電解質内で垂直方向に近接して変化することができる（例えば、正極材料の上方の距離の関数として）。いくつかの例では、正極材料のカチオンは、正極近傍の電解質の中に集中される。
【００５４】
いくつかの実施形態では、タイプ２モードで動作され得るセルの組み立て時に、負極材料が提供されない可能性がある。例えば、そのような（１または複数の）セルを備えるＬｉ｜｜Ｐｂセルまたはエネルギー貯蔵装置は、Ｌｉ塩電解質およびＰｂまたはＰｂ合金（例えば、Ｐｂ−Ｓｂ）正極を有する放電状態に組み立て可能である（すなわち、Ｌｉ金属は組み立て中に含まれない可能性がある）。
【００５５】
本開示の電気化学セルは、いくつかの例では、タイプ１モードまたはタイプ２モードで動作するものとして説明されているが、他の動作モードも可能である。タイプ１モードおよびタイプ２モードは例として提供されており、本明細書に開示されている電気化学セルの様々な動作モードを限定することを意図するものではない。
【００５６】
場合によっては、電気化学セルは、液体金属負極（例えば、ナトリウム（Ｎａ）またはリチウム（Ｌｉ））、液体（例えば、ＬｉＦ−ＬｉＣｌ−ＬｉＢｒ、ＬｉＣｌ−ＫＣｌまたはＬｉＣｌ−ＬｉＢｒ−ＫＢｒ）または固体イオン伝導性電解質（例えば、β’’−アルミナセラミック）、および固体、液体、または半固体の正極（例えば、液体または溶融電解質を含浸させた固体マトリックスまたは粒子床）を備える。そのようなセルは、高温電池であり得る。１つまたは複数のそのようなセルは、電気化学エネルギー貯蔵装置内に提供され得る。負極は、例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム、またはそれらの任意の組み合わせなどのアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属を備えることができる。正極および／または電解質は、液体カルコゲンまたは溶融カルコゲン−ハロゲン化合物（例えば、元素状、イオン性または他の形態の硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）またはテルル（Ｔｅ））、遷移金属ハロゲン化物（例えば、Ｎｉ、Ｆｅ、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、コバルト（Ｃｏ）またはバナジウム（Ｖ）を備えるハロゲン化物、例えば、塩化ニッケル（ＮｉＣｌ３）または塩化鉄（ＦｅＣｌ３））を備える溶融塩、固体遷移金属（例えば、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｎ、ＣｏまたはＶの粒子）、硫黄、１つまたは複数の金属硫化物（例えば、ＦｅＳ２、ＦｅＳ、ＮｉＳ２、ＣｏＳ２、またはそれらの任意の組み合わせ）、液体または溶融アルカリハロメタレート（例えば、アルミニウム（Ａｌ）、ＺｎまたはＳｎを備える）および／または他の（例えば、支持）化合物（例えば、ＮａＣｌ、ＮａＦ、ＮａＢｒ、ＮａＩ、ＫＣｌ、ＬｉＣｌまたは他のアルカリハライド、臭化物塩、元素亜鉛、亜鉛−カルコゲンまたは亜鉛−ハロゲン化合物、または金属主族金属、または例えばアルミニウムもしくは遷移金属−アルミニウム合金などの脱酸素剤）、またはそれらの任意の組み合わせを備えることができる。固体イオン伝導性電解質は、ナトリウムイオンを昇温または高温で伝導することができるベータアルミナ（例えば、β’’−アルミナ）セラミックを備えることができる。いくつかの例では、固体イオン伝導性電解質は、約１００℃、１５０℃、２００℃、２５０℃、３００℃または３５０℃を超えて動作する。
【００５７】
一例では、充電状態の電気化学セルは、カルシウムを備える負極、ＣａＣｌ２を備える電解質、およびアンチモンを備える正極を備える。セルは、約６００℃、５５０℃、５００℃、４５０℃、４００℃、３５０℃、３００℃、２５０℃、または２００℃未満の動作温度を有することができる。いくつかの例では、セルは少なくとも約２００℃、２５０℃、３００℃、３５０℃、４００℃、４５０℃、５００℃、またはそれより高い動作温度を有することができる。充電状態の正極またはカソードは、固体アンチモンおよび／または固体アンチモン合金を備えることができ、かつ液体金属を全く備えないことが可能性である。充電状態の負極、またはアノードは、リチウムおよび／またはマグネシウム金属を備えることができる。負極は、通常の動作（例えば、充電、放電）状態の間、依然として液体または半固体の状態であることができる。
【００５８】
カソードに関して説明した本開示の任意の態様は、少なくともいくつかの構成ではアノードに等しく応用することができる。同様に、１つまたは複数の電池電極および／または電解質は、代替構成では液体ではない可能性がある。一例では、電解質はポリマー、ゲルまたはペーストであり得る。さらなる例では、少なくとも１つの電池電極は、固体、ゲルまたはペーストであり得る。さらに、いくつかの例では、電極および／または電解質は金属を含まない可能性がある。本開示の態様は、液体金属電池に限定されることなく、様々なエネルギー貯蔵／変換装置に応用可能である。
【００５９】
電池およびハウジング
本開示の電気化学セルは、様々な使用および動作に適合され得るハウジングを含むことができる。ハウジングは、１つのセルまたは複数のセルを含むことができる。ハウジングは、電極をスイッチに電気的に結合するように構成可能であり、スイッチは外部電源および電気負荷に接続され得る。セルハウジングは、例えば、スイッチの第１の極および／または別のセルハウジングに電気的に結合された導電性電流フィードスルー導体（例えば、電流リードロッド）、ならびにスイッチおよび／または他のセルハウジングの第２の極に電気的に結合される導電性容器蓋を含むことができる。セルは、容器のキャビティ内に配置され得る。セルの電極のうちの第１の電極（例えば、正極）は、容器の端壁と接触し、これと電気的に結合され得る。セルの電極のうちの第２の電極（例えば、負極）は、容器蓋（本明細書ではまとめて「セル蓋アセンブリ」、「蓋アセンブリ」または「キャップアセンブリ」と呼ばれる）上の導電性フィードスルーまたは導体（例えば、負極電流リード）と接触し、電気的に結合され得る。電気絶縁シール（例えば、結合セラミックリング）は、セルの負電位部分をセルの正部分から電気的に絶縁することができる（例えば、負極電流リードを正極電流リードから電気的に絶縁するか、または正極電流リードを負極セル蓋／セルハウジングから電気的に絶縁する）。一例では、負極電流リードと容器蓋（例えばセルキャップ）とは互いに電気的に絶縁されることが可能であり、誘電性シーラント材料が負極電流リードとセルキャップとの間に配置され得る。代替形態として、ハウジングは、電気絶縁シース（例えば、アルミナシース）または耐腐食性で導電性のシースまたはるつぼ（例えば、グラファイトシースまたはるつぼ）を含む。いくつかの例では、ハウジングおよび／または容器は電池ハウジングおよび／または容器であり得る。
【００６０】
セルは、本明細書に開示されている任意のセルおよびシール構成を有することができる。例えば、活性セル材料は、セル蓋上に高温シールを用いて密封された鋼／ステンレス鋼容器内に保持され得る。電流リード（例えば、負極電流リードロッド）は、セル蓋を通過し（かつ誘電性高温シールによりセル蓋に密封される）、電解質中に懸濁されている多孔質集電体（例えば、金属発泡体などの負極集電体）と結合することができる。いくつかの例では、セルは、セルるつぼ（例えば容器）の内壁上にグラファイトシース、コーティング、るつぼ、表面処理またはライニング（またはそれらの任意の組み合わせ）を使用することができる。いくつかの例では、セルは、セルるつぼ（例えば容器）の内壁上にグラファイトシース、コーティング、るつぼ、表面処理またはライニングを使用しない可能性がある。
【００６１】
セルは、１組の寸法を有することができる。いくつかの例では、セルは、幅約４インチ、深さ４インチ、および高さ２．５インチ以上であり得る。いくつかの例では、セルは、幅約８インチ、深さ８インチ、および高さ２．５インチ以上であり得る。いくつかの例では、セルの高さおよび幅は、シールがセルの頂部水平面に配置された状態でセルの深さよりも大きくすることができ、「プリズム型」セル幾何学的形状と呼ばれ得る。プリズム型セル幾何学的形状は、少なくとも約４、６、８、１０、１２、１４インチ以上の幅、少なくとも約４、６、８、１０、１２、１４インチ以上の高さ、および約８、６、４、２インチまたはそれ未満の深さを有することができる。いくつかの例では、プリズム型セル幾何学的形状は、幅約４インチ、高さ約６インチ、および深さ約２インチを有する。いくつかの例では、プリズム型セル幾何学的形状は、幅約６インチ、高さ約６インチ、および深さ約２インチを有する。いくつかの例では、プリズム型セル幾何学的形状は、幅約６インチ、高さ約６インチ、および深さ約３インチを有する。いくつかの例では、プリズム型セル幾何学的形状は、幅約８インチ、高さ約８インチ、および深さ約２インチを有する。いくつかの例では、プリズム型セル幾何学的形状は、幅約８インチ、高さ約８インチ、および深さ約３インチを有する。いくつかの例では、プリズム型セル幾何学的形状は、幅約９インチ、高さ約９インチ、および深さ約２インチを有する。いくつかの例では、プリズム型セル幾何学的形状は、幅約９インチ、高さ約９インチ、および深さ約３インチを有する。いくつかの例では、電気化学セルの任意の所与の寸法（例えば、高さ、幅、または深さ）は、少なくとも約１、２、２．５、３、３．５、４、４．５、５、５．５、６、６．５、７、７．５、８、８．５、９、９．５、１０、１２、１４、１６、１８または２０インチであり得る。一例では、セル（例えば、各セル）は、約４インチＸ４インチＸ２インチ以上の寸法を有することができる。いくつかの例では、セル（例えば、各セル）は、約８インチＸ８インチＸ２．５インチ以上の寸法を有することができる。いくつかの例では、セルは、約５０ワット時以上のエネルギー貯蔵容量を有することができる。いくつかの例では、セルは、少なくとも約２００ワット時のエネルギー貯蔵容量を有することができる。
【００６２】
正極は、正極集電体と電気的に連通していることが可能である。いくつかの実施形態では、正極はハウジングと電気的に連通していることが可能である。いくつかの実施形態では、正極はアンチモンを備えることができる。いくつかの実施形態では、正極はアンチモン合金を備えることができる。いくつかの実施形態では、正極は固体金属電極であり得る。いくつかの実施形態では、固体金属正極は板状構成であり得る。別法として、またはそれに加えて、固体金属正極は粒子を備えることができる。粒子は、顆粒、フレーク、針、またはそれらの任意の組み合わせの固体材料を備えることができる。いくつかの実施形態では、正極は固体アンチモンであり得る。固体アンチモンは、板状構成であり得る。別法として、またはそれに加えて、固体アンチモンは、顆粒、フレーク、針、またはそれらの任意の組み合わせの固体材料を備える粒子であり得る。固体金属正極粒子は、少なくとも約０．００１ｍｍ、少なくとも約０．０１ｍｍ、少なくとも約０．１ｍｍ、少なくとも約０．２５ｍｍ、少なくとも約０．５ｍｍ、少なくとも約１ｍｍ、少なくとも２ｍｍ、少なくとも約３ｍｍ、少なくとも約５ｍｍ以上の寸法を備えることができる。いくつかの実施形態では、電解質は正極の頂部上にある。別法として、またはそれに加えて、正極を電解質に浸漬するか、または電解質によって取り囲むことができる。
【００６３】
電気化学セルは、イオンの平均流路が容器蓋の平面に対して略垂直になるようにハウジング内に配置され得る（例えば、蓋が上方向に面している場合、イオンは負極と正極との間で垂直に流れる）。この構成は、負極電流リードによってハウジングのキャビティ内に懸濁された負極集電体内に収容される負極を備えることができる。この構成では、負極集電体の幅は高さより大きくすることができる。負極は、溶融塩電解質中に部分的にまたは完全に浸漬され得る。ガス状のヘッドスペースが、負極の上方（すなわち、負極と容器蓋との間）に存在することができる。溶融塩電解質は、負極と正極との間に存在し、かつそれらを分離することができる。正極は、キャビティの底部または底部近傍（すなわち、容器蓋の反対側）に配置され得る。正極は、固体板状幾何学的形状を備えることができ、または固体材料の粒子を備えることができる。正極は、電解質の下に配置可能であり、または電解質によって浸漬され、または取り囲まれることが可能である。放電中、イオンは、容器蓋に対して垂直であり、かつ容器蓋から離れる平均的流路によって負極から正極へ流れることができる。放電中、イオンは、容器蓋に対して垂直であり、かつ容器蓋に向かう平均的流路によって正極から負極へ流れることができる。
【００６４】
電気化学セルは、イオンの平均流路が容器蓋の平面に対して略平行になるように、ハウジング内に配置され得る（例えば、蓋が上方向に面している場合、イオンは負極と正極との間で水平に流れる）。いくつかの例では、電気化学セルは、負極電流リードによってハウジングのキャビティ内に懸濁された負極集電体内に収容された負極を備える。この構成では、負極集電体の高さは幅より大きくすることができる。負極は、溶融塩電解質中に部分的にまたは完全に浸漬され得る。ガス状のヘッドスペースが、負極と容器蓋との間に存在することができる。いくつかの実施形態では、負極は溶融電解質によって浸漬され、覆われることができ、ガス状のヘッドスペースが電解質と容器蓋との間に存在することができる。正極は、キャビティの底部と容器蓋との間のハウジングの側壁に沿って配置され得る。正極は、内部側壁の一部に沿って配置されることができ、またはキャビティの（１または複数の）内部側壁全体のうちの１つまたは複数を覆うことができる。正極は、側壁の少なくとも約５％、少なくとも約１０％、少なくとも約２０％、少なくとも約３０％、少なくとも約４０％、少なくとも約５０％、少なくとも約６０％、少なくとも約７０％、少なくとも約８０％、少なくとも約９０％、またはそれ以上の面積を覆うことができる。
【００６５】
セルまたは電池の断面幾何学的形状は、円形、楕円形、正方形、長方形、多角形、湾曲形、対称形、非対称形、または電池の設計要件に基づく任意の他の複合形状であり得る。いくつかの例では、セルまたは電池は、円形または正方形の断面で軸対称である。セルまたは電池の構成要素（例えば、負極集電体）は、軸対称の様式でセルまたは電池内に配置され得る。場合によっては、１つまたは複数の構成要素は、例えば軸の中心から外れるように、非対称に配置され得る。
【００６６】
１つまたは複数の電気化学セル（「セル」）は、グループに配置され得る。電気化学セルのグループの例には、モジュール、パック、コア、ＣＥおよびシステムが含まれる。
【００６７】
モジュールは、例えば、１つのセルのセルハウジングを隣接するセル（例えば、略水平の充填面で互いに接続されるセル）のセルハウジングと機械的に結合することによって、並列に一体に取り付けられるセルを備えることができる。いくつかの例では、モジュールは、例えば、１つのセルのセルハウジングを隣接するセルのシールから突出する電流リードロッドと機械的に結合することによって、直列に一体に取り付けられるセルを備えることができる。いくつかの例では、セルは、セル本体の一部であり、および／またはセル本体に結合されている機構（例えば、セル本体の主要部分から突き出ているタブ）を接合することによって互いに結合される。モジュールは、並列または直列に複数のセルを含むことができる。モジュールは、任意の数のセル、例えば少なくとも約２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０以上のセルを備えることができる。いくつかの例では、モジュールは少なくとも約４、９、１２または１６のセルを備える。いくつかの例では、モジュールは、約７００ワット時以上のエネルギーを貯蔵すること、および／または少なくとも約１７５ワットの電力を供給することができる。いくつかの例では、モジュールは少なくとも約１０８０ワット時のエネルギーを貯蔵すること、および／または少なくとも約５００ワットの電力を供給することができる。いくつかの例では、モジュールは少なくとも約１０８０ワット時のエネルギーを貯蔵すること、および／または少なくとも約２００ワット（例えば、約５００ワット以上）の電力を供給することができる。いくつかの例では、モジュールは単一のセルを含むことができる。
【００６８】
パックは、異なる電気的接続を介して取り付けられる（例えば垂直に）モジュールを備えることができる。パックは、任意の数のモジュール、例えば、少なくとも約１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０以上のモジュールを備えることができる。いくつかの例では、パックは少なくとも約３つのモジュールを備える。いくつかの例では、パックは、少なくとも約２キロワット時のエネルギーを貯蔵すること、および／または少なくとも約０．４キロワット（例えば、少なくとも約０．５キロワットまたは１．０キロワット）の電力を供給することができる。いくつかの例では、パックは、少なくとも約３キロワット時のエネルギーを貯蔵すること、および／または少なくとも約０．７５キロワット（例えば、少なくとも約１．５キロワット）の電力を供給することができる。いくつかの例では、パックは少なくとも約６つのモジュールを備える。いくつかの例では、パックは、約６キロワット時以上のエネルギーを貯蔵すること、および／または少なくとも約１．５キロワット（例えば、約３キロワット以上）の電力を供給することができる。いくつかの例では、モジュールは直列接続でパックに一体に接続される。
【００６９】
コアは、異なる電気接続（例えば、直列および／または並列に）を介して取り付けられた複数のモジュールまたはパックを備えることができる。コアは、任意の数のモジュールまたはパック、例えば、少なくとも約１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９、４０、４５、または５０以上のパックを備えることができる。いくつかの例では、コアはさらに、コアが制御された方法で電気エネルギーを効率的に貯蔵し、かつ回収することができる機械システム、電気システムおよび熱システムを備える。いくつかの例では、コアは少なくとも約１２個のパックを備える。いくつかの例では、コアは少なくとも約２５キロワット時のエネルギーを貯蔵すること、および／または少なくとも約６．２５キロワットの電力を供給することができる。いくつかの例では、コアは少なくとも約３６個のパックを備える。いくつかの例では、コアは、少なくとも約２００キロワット時のエネルギーを貯蔵すること、および／または少なくとも約４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、２００、５００、１０００キロワット以上の電力を供給することができる。
【００７０】
コアエンクロージャ（ＣＥ）は、異なる電気接続（例えば、直列および／または並列に）を介して取り付けられる複数のコアを備えることができる。ＣＥは任意の数のコア、例えば、少なくとも約１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０以上のコアを備えることができる。いくつかの例では、ＣＥは、適切なバイパス電子回路と並列に接続されるコアを収容するので、それによって他のコアがエネルギーを貯蔵し、回収することを引き続き可能にしながら、１つのコアが切り離されることが可能になる。いくつかの例では、ＣＥは少なくとも４つのコアを備える。いくつかの例では、ＣＥは、少なくとも約１００キロワット時のエネルギーを貯蔵すること、および／または約２５キロワット以上の電力を供給することができる。いくつかの例では、ＣＥは４つのコアを備える。いくつかの例では、ＣＥは、約１００キロワット時以上のエネルギーを貯蔵すること、および／または約２５キロワット以上の電力を供給することができる。いくつかの例では、ＣＥは、約４００キロワット時以上のエネルギーを貯蔵すること、および／または少なくとも約８０キロワット、例えば、約８０、１００、１２０、１４０、１６０、１８０、２００、２５０、３００、５００、１０００キロワット以上の電力を供給することができる。
【００７１】
システムは、異なる電気接続（例えば、直列および／または並列に）を介して取り付けられる複数のコアまたはＣＥを備えることができる。システムは、任意の数のコアまたはＣＥ、例えば少なくとも約２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０以上のコアを備えることができる。いくつかの例では、システムは２０のＣＥを備える。いくつかの例では、システムは、約２メガワット時以上のエネルギーを貯蔵すること、および／または少なくとも約４００キロワット（例えば、約または少なくとも約５００キロワットまたは１０００キロワット）の電力を供給することができる。いくつかの例では、システムは５つのＣＥを備える。いくつかの例では、システムは、約２メガワット時以上のエネルギーを貯蔵すること、および／または少なくとも約４００キロワット、例えば少なくとも約４００、５００、６００、７００、８００、９００、１，０００、１，２００、１，５００、２，０００、２，５００、３，０００、または５，０００キロワット以上の電力を供給することができる。
【００７２】
所与のエネルギー容量および電力容量（例えば、所与の量のエネルギーを貯蔵することができるＣＥまたはシステム）を有するセルのグループ（例えば、コア、ＣＥ、システムなど）は、所与の（例えば、定格）電力レベルの少なくとも約１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％または９５％、あるいは約１００％を供給するように構成され得る。例えば、１０００ｋＷシステムは、５００ｋＷでも動作可能であり得るが、しかし５００ｋＷシステムは、１０００ｋＷで動作することができない可能性がある。いくつかの例では、所与のエネルギー容量および電力容量を有するシステム（例えば、所与の量のエネルギーを貯蔵することができるＣＥまたはシステム）は、所与の（例えば、定格）電力レベルの約１００％、１１０％、１２５％、１５０％、１７５％または２００％未満などを供給するように構成され得る。例えば、システムは、供給されている電力レベルでそのエネルギー容量を消費するのにかかる時間よりも短い期間にわたって、その定格電力容量よりも多く供給するように構成され得る（例えば、定格エネルギー容量の約１％、１０％、または５０％未満に相当する期間にわたって、システムの定格電力よりも大きい電力を供給する）。
【００７３】
電池は、直列および／または並列に接続された１つまたは複数の電気化学セルを備えることができる。電池は、任意の数の電気化学セル、モジュール、パック、コア、ＣＥまたはシステムを備えることができる。電池は、少なくとも１回の充電／放電または放電／充電サイクル（「サイクル」）を経ることができる。
【００７４】
電池は、１つまたは複数（例えば、複数）の電気化学セルを備えることができる。（１または複数の）セルは、ハウジングを含むことができる。個々のセルは、直列および／または並列に互いに電気的に接続され得る。直列接続では、第１のセルの正端子は、第２のセルの負端子に接続されている。並列接続では、第１のセルの正端子は、（１または複数の）第２のセルおよび／または追加のセルの正端子に接続され得る。同様に、セルモジュール、パック、コア、ＣＥおよびシステムは、セルについて記載したのと同じ方法で直列および／または並列に接続され得る。
【００７５】
ここで図面を参照するが、全体を通して、類似の番号は類似の部分を指す。図およびその中の機構は、必ずしも一定の縮尺で描かれていないことを理解されたい。
【００７６】
図１を参照すると、電気化学セル（Ａ）は、アノードおよびカソードを備えるユニットである。セルは、本明細書に記載のように電解質を備えることができ、ハウジング内に密封され得る。いくつかの例では、電気化学セルは積み重ねられて（Ｂ）、電池を形成することができる（すなわち、１つまたは複数の電気化学セルの集積）。セルは、並列に、直列に、または並列と直列の両方に配置され得る（Ｃ）。さらに、本明細書の他の箇所でより詳細に説明されるように、セルはグループ（例えば、モジュール、パック、コア、ＣＥ、システム、あるいは１つまたは複数の電気化学セルを備える任意の他のグループ）に配置され得る。いくつかの例では、そのようなグループの電気化学セルは、所与の数のセルがグループレベルで一体に制御され、または調整されることを可能にする（例えば、個々のセルの調整／制御と共に、またはその代わりとして）。
【００７７】
本開示の電気化学セル（例えば、タイプ２モードで動作するタイプ１セル、タイプ１モードで動作するタイプ１セル、またはタイプ２セル）は、適切に大量のエネルギー（例えば、実質的に大量のエネルギー）を貯蔵すること、その入力を受けること（「取り込むこと」）、および／またはそれを放電することができる。いくつかの例では、セルは、約１ワット時（Ｗｈ）、５Ｗｈ、２５Ｗｈ、５０Ｗｈ、１００Ｗｈ、２５０Ｗｈ、５００Ｗｈ、１キロワット時（ｋＷｈ）、１．５ｋＷｈ、２ｋＷｈ、３ｋＷｈ、５ｋＷｈ、１０ｋＷｈ、１５ｋＷｈ、２０ｋＷｈ、３０ｋＷｈ、４０ｋＷｈ、または５０ｋＷｈ以上の貯蔵、取り込み、および／または放電をすることができる。電気化学セルおよび／または電池に貯蔵されたエネルギー量は、電気化学セルおよび／または電池に取り込まれるエネルギー量よりも少ない（例えば、非効率性および損失のために）可能性があることが認識されている。セルは、本明細書の任意の電流密度で動作すると、そのようなエネルギー貯蔵容量を有することができる。
【００７８】
セルは、少なくとも約１０ミリアンペア／平方センチメートル（ｍＡ／ｃｍ２）、２０ｍＡ／ｃｍ２、３０ｍＡ／ｃｍ２、４０ｍＡ／ｃｍ２、５０ｍＡ／ｃｍ２、６０ｍＡ／ｃｍ２、７０ｍＡ／ｃｍ２、８０ｍＡ／ｃｍ２、９０ｍＡ／ｃｍ２、１００ｍＡ／ｃｍ２、２００ｍＡ／ｃｍ２、３００ｍＡ／ｃｍ２、４００ｍＡ／ｃｍ２、５００ｍＡ／ｃｍ２、６００ｍＡ／ｃｍ２、７００ｍＡ／ｃｍ２、８００ｍＡ／ｃｍ２、９００ｍＡ／ｃｍ２、１Ａ／ｃｍ２、２Ａ／ｃｍ２、３Ａ／ｃｍ２、４Ａ／ｃｍ２、５Ａ／ｃｍ２、または約１０Ａ／ｃｍ２の電流密度で電流を供給することができ、電流密度は、電解質の有効断面積に基づいて決定され、この断面積は、充電または放電プロセス中に電解質を通るイオンの正味の流れ方向に直交する面積である。場合によっては、セルは、少なくとも約１０％、２０％、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、９０％、９５％などの直流（ＤＣ）効率で動作可能であり得る。いくつかの事例では、セルは、少なくとも約１０％、２０％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、８５％、９０％、９５％、９８％、９９％、９９．５％、９９．９％、９９．９５％、９９．９９％などの充電効率（例えば、クーロン充電効率）で動作することが可能であり得る。
【００７９】
充電状態では、本開示の電気化学セル（例えば、タイプ２モードで動作するタイプ１セル、タイプ１モードで動作するタイプ１セル、またはタイプ２セル）は、少なくとも約０Ｖ、０．１Ｖ、０．２Ｖ、０．３Ｖ、０．４Ｖ、０．５Ｖ、０．６Ｖ、０．７Ｖ、０．８Ｖ、０．９Ｖ、１．０Ｖ、１．１Ｖ、１．２Ｖ、１．３Ｖ、１．４Ｖ、１．５Ｖ、１．６Ｖ、１．７Ｖ、１．８Ｖ、１．９Ｖ、２．０Ｖ、２．１Ｖ、２．２Ｖ、２．３Ｖ、２．４Ｖ、２．５Ｖ、２．６Ｖ、２．７Ｖ、２．８Ｖ、２．９Ｖ、または３．０Ｖの電圧を有することができる（またはそれで動作することができる）。いくつかの例では、セルは、少なくとも約０．２Ｖ、０．３Ｖ、０．４Ｖ、０．５Ｖ、０．６Ｖ、０．７Ｖ、０．８Ｖ、０．９Ｖ、１．０Ｖ、１．１Ｖ、１．２Ｖ、１．３Ｖ、１．４Ｖ、１．５Ｖ、１．６Ｖ、１．７Ｖ、１．８Ｖ、１．９Ｖ、２．０Ｖ、２．１Ｖ、２．２Ｖ、２．３Ｖ、２．４Ｖ、２．５Ｖ、２．６Ｖ、２．７Ｖ、２．８Ｖ、２．９Ｖ、または３．０Ｖの開路電圧（ＯＣＶ）を有することができる。一例では、セルは、約０．５Ｖ、１Ｖ、２Ｖまたは３Ｖを超える開路電圧を有する。いくつかの例では、セルの充電カットオフ電圧（ＣＣＶ）は、充電状態で、約０．５Ｖ〜１．５Ｖ、１Ｖ〜３Ｖ、１．５Ｖ〜２．５Ｖ、１．５Ｖ〜３Ｖ、または２Ｖ〜３Ｖ以上である。いくつかの例では、セルの充電カットオフ電圧（ＣＣＶ）は、少なくとも約０．５Ｖ、０．６Ｖ、０．７Ｖ、０．８Ｖ、０．９Ｖ、１．０Ｖ、１．１Ｖ、１．２Ｖ、１．３Ｖ、１．４Ｖ、１．５Ｖ、１．６Ｖ、１．７Ｖ、１．８Ｖ、１．９Ｖ、２．０Ｖ、２．１Ｖ、２．２Ｖ、２．３Ｖ、２．４Ｖ、２．５Ｖ、２．６Ｖ、２．７Ｖ、２．８Ｖ、２．９Ｖ、または３．０Ｖである。いくつかの例では、セルの電圧（例えば、動作電圧）は、充電状態で約０．５Ｖ〜１．５Ｖ、１Ｖ〜２Ｖ、１Ｖ〜２．５Ｖ、１．５Ｖ〜２．０Ｖ、１Ｖ〜３Ｖ、１．５Ｖ〜２．５Ｖ、１．５Ｖ〜３Ｖ、または２Ｖ〜３Ｖである。セルは、最大で、約１０サイクル、２０サイクル、３０サイクル、４０サイクル、５０サイクル、１００サイクル、２００サイクル、３００サイクル、４００サイクル、５００サイクル、６００サイクル、７００サイクル、８００サイクル、９００サイクル、１，０００サイクル、２，０００サイクル、３，０００サイクル、４，０００サイクル、５，０００サイクル、１０，０００サイクル、２０，０００サイクル、５０，０００サイクル、１００，０００サイクルまたは１，０００，０００以上サイクル（本明細書では「充電／放電サイクル」も）までで、またはそれを超えて動作すると、そのような（１または複数の）電圧（例えば、電圧、ＯＣＶおよび／またはＣＣＶ）を供給することができる。
【００８０】
いくつかの例では、サイクル数の制限要因は、負極、電解質および／または正極の化学的性質とは反対に、例えばハウジングおよび／またはシールに依存する可能性がある。サイクル数の制限は、電気化学ではなく、容器またはシールなどのセルの非活性構成要素の劣化によって規定される可能性がある。セルは、容量を実質的に減少させることなく動作され得る。セルの動作寿命は、場合によっては、セルの容器、シールおよび／またはキャップの寿命によって制限される可能性がある。セルの動作温度での動作中、セルは、液体（または溶融）状態の負極、電解質および正極を有することができる。
【００８１】
本開示の電気化学セルは、任意の適切な値（例えば、電力グリッド内の外乱に応答するのに適した）の応答時間を有することができる。いくつかの例では、応答時間は、約１００ミリ秒（ｍｓ）、５０ｍｓ、１０ｍｓ、１ｍｓ以下などである。いくつかの例では、応答時間は最大で約１００ｍｓ、５０ｍｓ、１０ｍｓ、１ｍｓなどである。
【００８２】
セルは、密封封止または非密封封止され得る。さらに、１グループのセル（例えば、電池）において、セルの各々は、密封封止または非密封封止され得る。セルが密封封止されていない場合、セルのグループまたは電池（例えば、直列または並列のいくつかのセル）は、密封封止され得る。
【００８３】
シールは、１つまたは複数の方法によって密封にされ得る。例えば、電気的絶縁に加えてシールを提供するために、シールは、容器の蓋と容器との間で比較的高い圧縮力（例えば、約１，０００ｐｓｉまたは１０，０００ｐｓｉ超）にさらされる可能性がある。別法として、シールは、溶接、ろう付け、または関連するセル構成要素を絶縁シーラント材料に接合する他の化学的接着材料を介して接合され得る。
【００８４】
一例では、セルハウジングは、導電性容器、容器開口部、および集電体と電気的に連通している導体を備える。導体は、容器開口部を通過することができ、導電性容器から電気的に絶縁され得る。ハウジングは、少なくとも約１０Ｗｈのエネルギーを貯蔵することができるセルを密封封止することができる可能性がある。
【００８５】
図２は、集電体２０３と電気的に連通している導電性ハウジング２０１および導体２０２を備える電池を概略的に示す。図２の電池は、エネルギー貯蔵装置のセルであり得る。導体は、ハウジングから電気的に絶縁されることができ、第１および第２のセルが積み重ねられた場合、第１のセルの導体が第２のセルのハウジングと電気的に連通するように、ハウジングの開口部を通ってハウジングを通して突出することができる。
【００８６】
いくつかの例では、セルは、負極集電体、負極、電解質、正極および正極集電体を備える。負極は、負極集電体の一部とすることができる。代替形態として、負極は、負極集電体から分離されているが、そうでなければ負極集電体と電子的に連通した状態に維持される。正極は、正極集電体の一部とすることができる。代替形態として、正極は、正極集電体から分離され得るが、そうでなければ正極集電体と電子的に連通した状態に維持される。
【００８７】
セルは、電子伝導性ハウジングと、集電体と電子的に連通している導体とを備えることができる。導体は、ハウジングの開口部を通ってハウジングを通して突出しており、ハウジングから電子的に絶縁され得る。
【００８８】
セルハウジングは、導電性容器と、集電体と電気的に連通している導体とを備えることができる。導体は、容器内の開口部を通ってハウジングおよび／または容器を通して突出することができ、容器から電気的に絶縁され得る。第１のハウジングおよび第２のハウジングが積み重ねられる場合、第１のハウジングの導体は、第２のハウジングの容器と接触することができる。
【００８９】
いくつかの例では、導体がハウジングおよび／または容器から突出する開口部の面積は、ハウジングおよび／または容器の面積に比べて小さい。容器および／またはハウジングの面積に対する開口部の面積の比は、約０．５、０．４、０．３、０．２、０．１５、０．１、０．０５、０．０１、０．００５または０．００１以下（例えば、約０．１未満）であり得る。
【００９０】
本明細書の他の箇所でより詳細に説明されるように、ハウジングは、任意の適切な量のエネルギーを貯蔵し、取り込み、および／または放出することが可能であるセルを封入することが可能であり得る。例えば、ハウジングは、約１００Ｗｈ未満、約１００Ｗｈに等しい、約１００Ｗｈを超えて、または少なくとも約１０Ｗｈもしくは２５Ｗｈのエネルギーを貯蔵、取り込みおよび／または放出することができるセルを封入することが可能であり得る。
【００９１】
シールの機構および特性
シールは、反応性金属を備える高温システム（例えば液体金属電池）の重要な部分となり得る。本明細書で提供されるのは、シールを形成するのに適した材料を選択する方法、ならびに例えば液体金属電池（例えば、これらの材料の選択、ならびに熱的、機械的および電気的特性の考慮事項に基づく）など、反応性液体金属または液体金属蒸気および／または（１または複数の）反応性溶融塩または反応性溶融塩蒸気を収容するシステムに適したシールを設計する方法である。シールはまた、溶融または高圧Ｌｉ蒸気を備える核融合炉、あるいは液体ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム、および／またはリチウムを含む他の用途など、エネルギー貯蔵以外の用途のための反応性液体金属または反応性金属蒸気を備える容器に接続された電気絶縁フィードスルーの一部として使用され得る。安定したセラミックおよび電子伝導性材料の使用はまた、半導体材料処理またはデバイス製造において使用されるもののような反応性ガスを伴う用途にも適切である可能性がある。
【００９２】
シールは、電気絶縁性であり、気密（例えば、密封性）であり得る。シールは、例えば、溶融ナトリウム（Ｎａ）、溶融カリウム（Ｋ）、溶融マグネシウム（Ｍｇ）、溶融カルシウム（Ｃａ）、溶融リチウム（Ｌｉ）、Ｎａ蒸気、Ｋ蒸気、Ｍｇ蒸気、Ｃａ蒸気、Ｌｉ蒸気、またはそれらの任意の組み合わせなど、システム／容器構成要素（例えばセル構成要素）の液相および気相によって攻撃されない材料で作製され得る。この方法は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）または窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）セラミックおよび活性ろう付け合金（例えば、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｂ、ＳｉまたはＺｒ合金系）を備えるシールが、ほとんどの反応性金属蒸気に対して熱力学的に安定していると確認しており、したがって金属または金属蒸気によって認識できるほどには攻撃されないシールの設計を可能にする。
【００９３】
いくつかの実施形態では、シールは、逆極性（例えば正極性）のセル本体（例えば、セル（本明細書におけるやはり「容器」および蓋）から電流リード（例えば、セルキャビティ内に延在する金属ロッドなどの負極集電体）を物理的に分離することができる。シールは、これらのセル構成要素間の電気絶縁体として作用し、かつ活性セル構成要素（例えば、液体金属電極、液体電解質、およびこれらの液体の蒸気）を密封絶縁することができる。いくつかの例では、シールは外部要素（例えば、湿気、酸素、窒素、およびセルの性能に悪影響を及ぼす可能性がある他の汚染物質）がセルに入るのを防ぐ。一般的なシールの仕様のいくつかの例が、表１に列挙される。そのような仕様（例えば、特性および／または測定基準）は、密封性、電気絶縁性、耐久性、クーロン効率（例えば、充電効率または往復効率）、ＤＣ−ＤＣ効率、放電時間、および容量低下率を含むことができるが、それらに限定されない。
【表１】
2019526909.tif 000003
【００９４】
シールは、例えば、ヘリウム（Ｈｅ）の漏れ速度（例えば、Ｈｅで満たされた動作条件（例えば動作温度、動作圧力など）での装置からの漏れ速度）によって定量化される程度まで密封であり得る。いくつかの例では、ヘリウム（Ｈｅ）の漏れ速度は、毎秒約１×１０−６大気圧立方センチメートル（ａｔｍ  ｃｃ／ｓ）、５×１０−７  ａｔｍ  ｃｃ／ｓ、１×１０−７  ａｔｍ  ｃｃ／ｓ、５×１０−８ａｔｍ  ｃｃ／ｓまたは１×１０−８  ａｔｍ  ｃｃ／ｓ未満であり得る。いくつかの例では、Ｈｅの漏れ速度は、システム（例えば、セル、シール）を出るＨｅの総漏れ速度に等しい。いくつかの例では、密封された界面を横切るＨｅの実際の圧力／濃度差および測定されたＨｅの漏れ速度から決定されるように、１気圧のＨｅ圧力が密封界面を横切って配置された場合、Ｈｅの漏れ速度は、総Ｈｅの漏れ速度に等しい。
【００９５】
シールは、任意の適切に遅いヘリウム漏れ速度を提供することができる。いくつかの例では、シールは、約−２５℃、０℃、２５℃、５０℃、２００℃、３５０℃、４５０℃、５５０℃または７５０℃以上の温度（例えば、セルの貯蔵温度、セルの動作温度、および／またはシールの温度）で、約１×１０−１０、１×１０−９、１×１０−８、１×１０−７、５×１０−７、１×１０−６、５×１０−６、１×１０−５または５×１０−５気圧−立方センチメートル／秒（ａｔｍ−ｃｃ／ｓ）以上のヘリウム漏れ速度を提供する。シールは、電気化学セルが、例えば、少なくとも約１時間、１２時間、１日、２日、３日、４日、５日、１週間、２週間、３週間、１ヶ月、６ヶ月、１年、２年、５年、１０年、２０年以上の期間動作した（例えば定格容量で）場合、そのようなヘリウム漏れ速度を提供する可能性がある。いくつかの例では、シールは、電気化学セルが少なくとも約３５０回の充電／放電サイクル（または複数サイクル）、５００サイクル、１，０００サイクル、３，０００サイクル、１０，０００サイクル、５０，０００サイクル、７５，０００サイクル、または１５０，０００サイクル運転された場合、そのようなヘリウム漏れ速度を提供する。
【００９６】
一例では、反応性材料が少なくとも約２００℃、２５０℃、３００℃、３５０℃、４００℃、４５０℃、５００℃またはそれ以上の温度に維持される場合、シールは空気に対して実質的に非反応性であり、容器内への空気の拡散を防ぐ。シールは、少なくとも約１時間、１２時間、１日、２日、３日、４日、５日、１週間、２週間、３週間、１ヶ月、６ヶ月間、１年、２年、５年、１０年、２０年以上の間、容器内への空気の拡散を防止することができる。容器内への空気の拡散は、最大で約１×１０−４、１×１０−５、１×１０−６、１×１０−７、１×１０−８、１×１０−９、１×１０−１０、またはそれ未満の気圧−立方センチメートル／毎秒であることができる。
【００９７】
シールは、導体を導電性ハウジングから電気的に絶縁することができる。電気絶縁の程度は、シールを横切るインピーダンスを測定することによって定量化され得る。いくつかの例では、シールを横切るインピーダンスは、任意の動作温度、休止温度、または貯蔵温度において、約０．０５キロオーム（ｋＯｈｍ）、０．１ｋＯｈｍ、０．５ｋＯｈｍ、１ｋＯｈｍ、１．５ｋＯｈｍ、２ｋＯｈｍ、３ｋＯｈｍ、５ｋＯｈｍ、１０ｋＯｈｍ、５０ｋＯｈｍ、１００ｋＯｈｍ、５００ｋＯｈｍ、１，０００ｋＯｈｍ、５，０００ｋＯｈｍ、１０，０００ｋＯｈｍ、５０，０００ｋＯｈｍ、１００，０００ｋＯｈｍ、または１，０００，０００ｋＯｈｍ以上である。いくつかの例では、シールを横切るインピーダンスは、任意の動作温度、休止温度、または貯蔵温度において、約０．１ｋＯｈｍ、１ｋＯｈｍ、５ｋＯｈｍ、１０ｋＯｈｍ、５０ｋＯｈｍ、１００ｋＯｈｍ、５００ｋＯｈｍ、１，０００ｋＯｈｍ、５，０００ｋＯｈｍ、１０，０００ｋＯｈｍ、５０，０００ｋＯｈｍ、１００，０００ｋＯｈｍ、または１，０００，０００ｋＯｈｍ未満である。シールは、例えば少なくとも約１ヶ月、６ヶ月、１年以上の期間電気化学セルが動作した場合（例えば定格容量で）、電気的絶縁を提供することができる。いくつかの例では、シールは、電気化学セルが少なくとも約３５０充電／放電サイクル（または複数サイクル）、５００サイクル、１，０００サイクル、３，０００サイクル、１０，０００サイクル、５０，０００サイクル、７５，０００サイクルまたは１５０，０００サイクル動作した場合に電気絶縁を提供する。シールは、電気化学セルが少なくとも約１年、５年、１０年、２０年、５０年または１００年の期間動作した場合、電気的絶縁を提供することができる。いくつかの例では、シールは、電気化学セルが約３５０以上の充電／放電サイクルで動作した場合、電気的絶縁を提供する。
【００９８】
シールは、耐久性であることができる。いくつかの例では、シールは、少なくとも約１ヶ月、２ヶ月、６ヶ月、１年、２年、５年、１０年、１５年、２０年以上の間、完全な状態を維持することができる。シールは、動作条件下でそのような特性および／または測定基準を有することができる。
【００９９】
いくつかの例では、シールを備える電池または装置は、少なくとも約５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％、９６％、９７％、９８％、９９％、９９．５％、９９．８％、９９．９％またはそれ以上のクーロン効率（例えば、約２０ｍＡ／ｃｍ２、２００ｍＡ／ｃｍ２または２，０００ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で測定される）を有することができる。いくつかの例では、シールを備える電池または装置は、少なくとも約５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％またはそれ以上のＤＣ−ＤＣ効率（例えば、約２００ｍＡ／ｃｍ２または２２０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で測定される）を有することができる。いくつかの例では、シールを備える電池または装置は、少なくとも約１時間、２時間、３時間、４時間、５時間、６時間、７時間、８時間、９時間、１０時間またはそれ以上の放電時間（例えば、約２００ｍＡ／ｃｍ２または２２０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で測定される）を有することができる。いくつかの例では、シールを備える電池または装置は、約４時間〜６時間、２時間〜６時間、４時間〜８時間または１時間〜１０時間の放電時間（例えば、約２００ｍＡ／ｃｍ２または２２０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で測定される）を有することができる。いくつかの例では、シールを備える電池または装置は、約１０％／サイクル、５％／サイクル、１％／サイクル、０．５％／サイクル、０．１％／サイクル、０．０８％／サイクル、０．０６％／サイクル、０．０４％／サイクル、０．０２％／サイクル、０．０１％／サイクル、０．００５％／サイクル、０．００１％／サイクル、０．０００５％／サイクル、０．０００２％／サイクル、０．０００１％／サイクル、０．００００１％／サイクルまたはそれ未満の容量低下率（例えば、放電容量低下率）を有することができる。容量低下率は、「サイクル当たりの％」で（例えば、充電／放電サイクル当たりの％で）放電容量における変化（減少）の尺度を提供することができる。
【０１００】
いくつかの例では、シールは、電気化学セルが１つまたは複数の所与の動作条件（例えば、動作温度、温度サイクル、電圧、電流、内部雰囲気、内部圧力、振動など）で達成することを可能にする。動作条件のいくつかのが、表２に記載されている。そのような動作条件は、例えば動作温度、アイドル温度、温度サイクリング、電圧、電流、内部雰囲気、外部雰囲気、内部圧力、振動、および寿命などの測定基準を含むことができるが、それらに限定されない。
【表２】
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【０１０１】
いくつかの例では、動作温度（例えば、動作中にシールが経験する温度）は、少なくとも約１００℃、２００℃、３００℃、４００℃、５００℃、６００℃、７００℃、８００℃、９００℃以上である。いくつかの例では、動作中にシールが経験する温度は、約４４０℃〜５５０℃、４７５℃〜５５０℃、３５０℃〜６００℃、または２５０℃〜６５０℃である。一例では、約４００℃〜約５００℃、約４５０℃〜約５５０℃、約４５０℃〜約５００℃、または約５００℃〜約６００℃の動作温度、または少なくとも約２００℃の動作温度（例えば、２００℃の低い温度で動作することができるセル化学に適している）を達成することができる。いくつかの例では、シールが経験する温度は、電気化学セルまたは高温装置（例えば、エネルギー貯蔵装置）の動作温度とほぼ等しい可能性がある。いくつかの例では、シールが経験する温度は、電気化学セルまたは高温装置の動作温度（例えば、少なくとも、約１℃、５℃、１０℃、２０℃、５０℃、１００℃、１５０℃、２００℃以下などで）とは異なる可能性がある。一例では、電気化学セルは少なくとも約２００℃の温度（例えばセルの動作温度）に維持された反応性材料を備え、シールの温度は少なくとも約２００℃（例えば、セルの動作温度と同じ、またはセルの動作温度とは異なる）である。いくつかの例では、シールの動作温度は、電気化学セルまたは高温装置の動作温度より低い、または高い可能性がある。
【０１０２】
材料（例えば、セル蓋アセンブリ材料、（１または複数の）接着シール材料など）の化学的安定性が考慮され得る（例えば、システムが到達する可能性のある全ての可能な温度の間中にシールの耐久性を確実にするため）。シールは、セル内部（内部雰囲気）および外気（外部雰囲気）を含む１つまたは複数の異なる雰囲気にさらされる可能性がある。例えば、シールは、湿気を含む典型的な空気成分、ならびにセル内の潜在的に腐食性の活性物質にさらされる可能性がある。いくつかの実施形態では、密封封止が提供される。密封封止された電池または電池ハウジングは、不適切な量の空気、酸素、窒素、および／または水が漏れること、または他の方法で電池の中に入ることを防ぐことができる。密封封止された電池または電池ハウジングは、電池を取り囲む不適切な量の１つまたは複数のガス（例えば、空気またはその任意の（１または複数の）構成要素、あるいは別の種類の周囲の雰囲気またはその（１または複数の）構成要素）が漏れること、または他の方法で電池の中に入ることを防ぐことができる。いくつかの例では、密封封止されたセルまたはセルハウジングは、ガスまたは金属／塩の蒸気（例えば、ヘリウム、アルゴン、負極蒸気、電解質蒸気）がセルから漏れるのを防ぐことができる。
【０１０３】
密封封止された電池または電池ハウジングは、不適切な量の空気、酸素、窒素、および／または水が電池内に入るのを防ぐことができる（例えば、電池がそのエネルギー貯蔵容量の少なくとも約８０％を維持する、ならびに／あるいは少なくとも約１年、２年、５年、１０年または２０年の間、少なくとも約１００ｍＡ／ｃｍ２で充電および放電される場合、サイクル当たり少なくとも約９０％の往復クーロン効率を維持するような量である）。いくつかの例では、少なくとも約（または約未満）０気圧（ａｔｍ）、０．１気圧、０．２気圧、０．３気圧、０．４気圧、０．５気圧、０．６気圧、０．７気圧、０．８気圧、０．９気圧または０．９９気圧、電池内部の圧力よりもより高く、または少なくとも約（または約未満）０．１気圧、０．２気圧、０．５気圧または１気圧、電池内部の圧力よりもより低い圧力で、かつ約４００℃〜７００℃の温度で電池が空気と接触する場合、電池内への酸素、窒素、および／または水蒸気の移動速度は、１時間当たり約０．２５ミリリットル（ｍＬ）、１時間当たり０．０２ｍＬ、１時間当たり０．００２ｍＬ、または１時間当たり０．０００２ｍＬ未満である。電池内部の圧力より低い約０．５気圧以上、１気圧、１．５気圧、２気圧、２．５気圧、３気圧、３．５気圧または４気圧未満の圧力で、かつ約４００℃〜７００℃の間の温度で電池が空気に接触する場合、場合によっては、電池から外への金属蒸気、溶融塩蒸気、または不活性ガスの移動速度は、１時間当たり約０．２５ｍＬ、１時間当たり０．０２ｍＬ、１時間当たり０．００２ｍＬまたは１時間当たり０．０００２ｍＬ未満である。いくつかの例では、所与の期間（例えば、少なくとも約１ヶ月間、６ヶ月間、１年間、２年間、５年間、１０年間以上）にわたって、セル内に漏れる酸素、窒素、または水蒸気のモル数は、セル内の活性材料（例えば、活性金属材料）のモル数の約１０％、５％、３％、１％、０．５％、０．１％、０．０５％または０．５％未満である。
【０１０４】
シールは、電気絶縁性および密封性、寿命の存続期間の動作温度で機能する能力、熱サイクル能力、導体（例えば、負極電流リード）の十分に高い導電率、セル本体から過度に突出しない構成、活性成分の液体および蒸気で化学的に安定した内面、空気中で安定した外面、高電位下でのアーク放電を回避する能力などを含む１つまたは複数の仕様を満たすことができるが、それらに限定されない。
【０１０５】
材料、化学的適合性、および熱膨張係数
本明細書におけるシールの材料および機能は、適切な材料（例えば、化学的、機械的、熱的）適合性を達成するように構成され得る。材料の適合性は、例えば、熱膨張係数（ＣＴＥ）、適切なヤング率特性（例えば、低ヤング率金属材料）および／または適切な延性特性（例えば、高い延性を有する１つまたは複数の部品）の適切な整合性を含むことができる。シールは、ＣＴＥの不一致を補償することができる構造的特徴を組み込むことができる。
【０１０６】
材料は、様々な（例えば対の）シール材料および／またはハウジング（例えば、セル蓋および／または本体）材料の間でＣＴＥの不一致が低くなるように選択され得る。材料は、様々な（例えば、対の）シール材料および／またはハウジング材料の間の（１または複数の）接合部において低い応力（例えば、ＣＴＥ不一致による応力）を達成するように選択され得る。様々なシール材料および／またはハウジング材料の間の接合部は、所与の種類（例えば、セラミック対金属または金属対金属）であり得る。一例では、セラミック材料は、セル蓋または本体のＣＴＥと適切に（例えば、実質的に）一致するＣＴＥを有し、それによって応力（例えば、セラミック材料とセル蓋または本体との間における、（１または複数の）セラミック対金属接合部での応力）を低減または最小化する。いくつかの例では、セラミック材料は、セルの蓋または本体のＣＴＥと適切に（例えば、実質的に）異なるＣＴＥを有する。この場合、ＣＴＥ整合性がより良好であり、またはセラミック対金属接合部の応力を低減する１つまたは複数の他の特性を有する金属カラーまたはスリーブが使用され得る。金属カラーまたはスリーブは、ＣＴＥ応力をセラミック接合部（例えば、セラミックと金属カラーまたはスリーブとの間のセラミック対金属接合部から）から、セル蓋または本体接合部に（例えば、金属カラーまたはスリーブとセルの蓋または本体との間の金属対金属接合部に）移動させることができる。セラミック材料は、適切に（例えば、実質的に）金属カラーまたはスリーブのＣＴＥと一致するＣＴＥを有することができる。セラミック材料は、金属カラーまたはスリーブのＣＴＥと適切に（例えば、実質的に）異なるＣＴＥを有することができる。例えば、延性金属カラーまたはスリーブ（例えば、少なくとも約９５％または９９％のＮｉを備える）を使用することによって、および／または延性ろう付け材料（例えば、少なくとも約９５％または９９％のＡｇ、ＣｕまたはＮｉを備える）を使用することによって、セラミック対金属シール接合部応力が低減され得る。延性ろう付け材料は、セラミックとセルの蓋または本体との間のセラミック対金属の接合部での応力を低減するために、またはセラミックと金属カラーまたはスリーブとの間のセラミック対金属接合部での応力を低減するために使用され得る。
【０１０７】
シールは、（例えば、シールが密封封止および電気絶縁を形成するように）任意の適切な材料で作製され得る。いくつかの例では、シールはセラミック材料およびろう付け材料を備える。セラミック材料は、電気化学セルが電池の動作中および／または起動中に適切な気密性および／または電気絶縁性を維持するように、ハウジング材料に一致するＣＴＥを有することができる。セラミック材料は、ろう付け材料および／またはセル頂部（例えば、蓋またはキャップ、あるいはセル蓋アセンブリの任意の構成要素）または本体のＣＴＥに一致するＣＴＥを有することができる。いくつかの例では、セラミック材料、ろう付け材料およびセル頂部または本体のＣＴＥは、完全に同じには一致しない可能性があるが、ろう付け作業およびその後の作業中の熱サイクル中の応力を最小限に抑えるために十分に近くすることができる。いくつかの例では、セラミック材料のＣＴＥは、セルの頂部または本体のＣＴＥに十分に近くない可能性がある（例えば、場合によっては、その漏出防止特性を失う可能性がある不安定な、および／または信頼性の低いセラミック対金属接合部をもたらす）。シールは、カラー（例えば、薄い金属カラー）またはスリーブを備えることができる（例えば、セラミック材料とセル蓋またはセル本体との間のＣＴＥの不一致を克服するために）。カラーまたはスリーブは金属製のカラーまたはスリーブとすることができる。カラーまたはスリーブは、セラミックにろう付けすることができ（例えば、ろう付け材料を介して）、セル蓋、および／またはセル蓋を通ってセルキャビティの中に突出する電流リードに接合され得る。セラミック対金属接合部に生じる応力を（例えば、ＣＴＥの不一致を低減することによって）低減し、カラーまたはスリーブ対セル蓋または本体接合部で生じる応力を増大させるために（例えば、ＣＴＥ不一致を増大させることによる）、あるいはそれらの組み合わせのために、適切なカラーまたはスリーブの材料および／または設計が選択され得る。シールは、セラミックとセル蓋および／または電流リードロッドとの間のＣＴＥの不一致を軽減する特徴を備えることができる。セルの頂部または本体に関連して説明された本開示の任意の態様（例えば、ＣＴＥ、接合部応力、構成および／または形成など）は、少なくともいくつかの構成でセルの頂部および本体に等しく応用することができる。セル頂部に関して説明した本開示の任意の態様は、少なくともいくつかの構成ではセル本体に等しく応用することができ、逆もまた同様である。
【０１０８】
金属カラーまたはスリーブのＣＴＥは、少なくとも約５μｍ／ｍ／℃、６μｍ／ｍ／℃、７μｍ／ｍ／℃、８μｍ／ｍ／℃、９μｍ／ｍ／℃、１０μｍ／ｍ／℃、１１μｍ／ｍ／℃、１２μｍ／ｍ／℃、１３μｍ／ｍ／℃、１４μｍ／ｍ／℃、１５μｍ／ｍ／℃、１６μｍ／ｍ／℃、１７μｍ／ｍ／℃、１８μｍ／ｍ／℃、１９μｍ／ｍ／℃、または２０μｍ／ｍ／℃であり得る。金属カラーまたはスリーブのＣＴＥは、約２０μｍ／ｍ／℃、１９μｍ／ｍ／℃、１８μｍ／ｍ／℃、１７μｍ／ｍ／℃、１６μｍ／ｍ／℃、１５μｍ／ｍ／℃、１４μｍ／ｍ／℃、１３μｍ／ｍ／℃、１２μｍ／ｍ／℃、１１μｍ／ｍ／℃、１０μｍ／ｍ／℃、９μｍ／ｍ／℃、８μｍ／ｍ／℃、７μｍ／ｍ／℃、６μｍ／ｍ／℃、または５μｍ／ｍ／℃以下であり得る。いくつかの例では、金属カラーまたはスリーブはＺｒを備え、約７μｍ／ｍ／℃以下のＣＴＥを有する。いくつかの例では、金属カラーまたはスリーブは、Ｎｉ（例えば、少なくとも約９５重量％または９９重量％のＮｉ、または少なくとも約４０重量％のＮｉおよび少なくとも約４０重量％のＦｅ）を備え、約６μｍ／ｍ／℃、７μｍ／ｍ／℃、８μｍ／ｍ／℃、９μｍ／ｍ／℃、１０μｍ／ｍ／℃、１１μｍ／ｍ／℃、１２μｍ／ｍ／℃、１３μｍ／ｍ／℃、１４μｍ／ｍ／℃、１５μｍ／ｍ／℃、１６μｍ／ｍ／℃、１７μｍ／ｍ／℃、１８μｍ／ｍ／℃、１９μｍ／ｍ／℃、または２０μｍ／ｍ／℃以上のＣＴＥを有する。金属カラーまたはスリーブは、約５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３１％、３２％、３３％、３４％、３５％、３６％、３７％、３８％、３９％、４０％、４１％、４２％、４３％、４４％、４５％、４６％、４７％、４８％、４９％、５０％、５１％、５２％、５３％、５４％、５５％、５６％、５７％、５８％、５９％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％または９９％以上のＮｉ（例えば、重量基準）を備えることができる。金属カラーまたはスリーブは、約５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３１％、３２％、３３％、３４％、３５％、３６％、３７％、３８％、３９％、４０％、４１％、４２％、４３％、４４％、４５％、４６％、４７％、４８％、４９％、５０％、５１％、５２％、５３％、５４％、５５％、５６％、５７％、５８％、５９％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９５％または９９％以上のＦｅ（例えば重量基準）と組み合わせて、そのようなＮｉ組成を備えることができる。そのようなＮｉまたはＮｉ−Ｆｅ組成物（例えば、合金）は、約１％、０．９％、０．８％、０．７％、０．６％、０．５％、０．４％、０．３％、０．１５％、０．１％、０．０９％、０．０８％、０．０７％、０．０６％、０．０５％、０．０４％、０．０３％、０．０２５％、０．０１％または０．００５％以下の個々の濃度または合計濃度を有する１つまたは複数の他の元素（例えば、Ｃ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｓｉ、Ｃｒおよび／またはＡｌ）を備えることができる。いくつかの例では、金属カラーまたはスリーブは、約５０．５％以上のＮｉ、約４８％以上のＦｅ、および約０．６０％以下のＭｎ、約０．３０％以下のＳｉ、約０．００５％以下のＣ、約０．２５％以下のＣｒ、約０．１０％以下Ｃｏ、約０．０２５％以下のＰおよび／または約０．０２５％以下のＳ（例えば、合金５２）を備える。いくつかの例では、金属カラーまたはスリーブは、約４１％以上のＮｉ、約５８％以上のＦｅ、および約０．０５％以下のＣ、約０．８０％以下のＭｎ、約０．４０％以下のＰ、約０．０２５％以下のＳ、約０．３０％以下のＳｉ、約０．２５０％以下のＣｒおよび／または約０．１０％以下のＡｌ（例えば、合金４２）を備える。いくつかの例では、金属カラーまたはスリーブは、約１７．５％〜１９．５％のＣｒ、約０．１０％〜０．５０％のＴｉ、約０．５％〜０．９０％のニオブ、約１％以下のＮｉ、約１％以下のＳｉ、約１％以下のＭｎ、約０．０４％以下のリン、約０．０３％以下の窒素、約０．０３％以下の硫黄および／または約０．０３％以下の炭素、ならびに残部Ｆｅ（例えば、１８ＣｒＣｂフェライト系ステンレス鋼）を有するＦｅ合金を備える。そのようなＦｅ合金（例えば、１８ＣｒＣｂフェライト系ステンレス鋼）は、約８ｐｐｍ／Ｋ、９ｐｐｍ／Ｋ、１０ｐｐｍ／Ｋ、１１ｐｐｍ／Ｋまたは１２ｐｐｍ／ＫのＣＴＥを有することができる。いくつかの例では、金属カラーまたはスリーブは、約１７．５％〜１８．５％のＣｒ、約０．１０％〜０．６０％のＴｉ、約０．３％〜０．９０％のニオブ、約１％未満のＳｉ、約１％未満のＭｎ、約０．０４％未満のリン、約０．０１５％未満の硫黄および／または約０．０３％未満の炭素、ならびに残部Ｆｅ（例えば、グレード４４１のステンレス鋼）を有するＦｅ合金を備える。そのようなＦｅ合金（例えば、４４１ステンレス鋼）は、約９ｐｐｍ／Ｋ、１０ｐｐｍ／Ｋ、１１ｐｐｍ／Ｋ、１２ｐｐｍ／Ｋ、１３ｐｐｍ／Ｋまたは１４ｐｐｍ／ＫのＣＴＥを有することができる。いくつかの例では、金属カラーまたはスリーブは、少なくとも約７２％のＮｉ、約１４％〜１７％のＣｒ、約６％〜１０％のＦｅ、および約０．１５％未満のＣ、約１％未満のＭｎ、約０．０１５％未満のＳ、約０．５０％未満のＳｉおよび／または約０．５％未満のＣｕ（例えば、インコネル６００）を有するＮｉ合金を備える。そのようなＮｉ合金（例えば、インコネル６００）は、約１２ｐｐｍ／Ｋ、１３ｐｐｍ／Ｋ、１４ｐｐｍ／Ｋ、１５ｐｐｍ／Ｋ、１６ｐｐｍ／Ｋまたは１７ｐｐｍ／ＫのＣＴＥを有することができる。いくつかの例では、金属カラーまたはスリーブは、約０．０５％未満のＣ、約０．２５％未満のＭｎおよび／または約０．００２％未満のＳ、約０．２０％以下のＳｉ、約１５．５％以下のＣｒ、約８％の以下のＦｅおよび／または約０．１％以下のＣｕ、ならびに残部ＮｉおよびＣｏ（例えば、ＡＴＩ合金６００）を有するＮｉ合金を備える。そのようなＮｉ合金（例えば、ＡＴＩ合金６００）は、約１２ｐｐｍ／Ｋ、１３ｐｐｍ／Ｋ、１４ｐｐｍ／Ｋ、１５ｐｐｍ／Ｋ、１６ｐｐｍ／Ｋまたは１７ｐｐｍ／ＫのＣＴＥを有することができる。いくつかの例では、金属カラーまたはスリーブは、約６７％以上のＮｉ、約２％未満のＣｏ、約０．０２％未満のＣ、約０．０１５％未満のＢ、約０．３５％未満のＣｕ、約１．０％未満のＷ、約０．０２０％未満のＰおよび／または約０．０１５％未満のＳ、約１４．５％〜１７％のＣｒ、約１４％〜１６．５％のＭｏ、約０．２％〜０．７５％のＳｉ、約０．３０％〜１．０％のＭｎ、約０．１０％〜０．５０％のＡｌ、０．０１％〜０．１０％のＬａ、および約３％以下のＦｅ（例えば、ハステロイＳ）を備える。そのような合金（例えば、ハステロイＳ）は、約１２ｐｐｍ／Ｋ、１３ｐｐｍ／Ｋ、１４ｐｐｍ／Ｋ、１５ｐｐｍ／Ｋ、１６ｐｐｍ／Ｋまたは１７ｐｐｍ／ＫのＣＴＥを有することができる。金属カラーまたはスリーブは、例えば、約２５℃〜４００℃、２０℃〜５００℃、２５℃〜５００℃、２５℃〜６００℃、２５℃〜９００℃、または２５℃〜１０００℃の温度範囲について上述のＣＴＥ値を有することができる。
【０１０９】
シールは、１つまたは複数のろう付け材料（例えば、金属カラーまたはスリーブを使用する場合は、異なる接合部で同じまたは異なるろう付け材料、あるいはセラミック材料をセル蓋または本体に直接接合する場合は、１つのろう付け材料）を備えることができる。ろう付け材料のＣＴＥは、摂氏１度当たり１メートルにつき少なくとも約３ミクロン（μｍ／ｍ／℃）、４μｍ／ｍ／℃、５μｍ／ｍ／℃、６μｍ／ｍ／℃、７μｍ／ｍ／℃、８μｍ／ｍ／℃、９μｍ／ｍ／℃、１０μｍ／ｍ／℃、１１μｍ／ｍ／℃、１２μｍ／ｍ／℃、１３μｍ／ｍ／℃、１４μｍ／ｍ／℃、１５μｍ／ｍ／℃、１６μｍ／ｍ／℃、１７μｍ／ｍ／℃、１８μｍ／ｍ／℃、１９μｍ／ｍ／℃、または２０μｍ／ｍ／℃であり得る。ろう付け材料のＣＴＥは、摂氏１度当たり１メートルにつき約３ミクロン（μｍ／ｍ／℃）、４μｍ／ｍ／℃、５μｍ／ｍ／℃、６μｍ／ｍ／℃、７μｍ／ｍ／℃、８μｍ／ｍ／℃、９μｍ／ｍ／℃、１０μｍ／ｍ／℃、１１μｍ／ｍ／℃、１２μｍ／ｍ／℃、１３μｍ／ｍ／℃、１４μｍ／ｍ／℃、１５μｍ／ｍ／℃、１６μｍ／ｍ／℃、１７μｍ／ｍ／℃、１８μｍ／ｍ／℃、１９μｍ／ｍ／℃、または２０μｍ／ｍ／℃以下であり得る。ろう付け材料は、例えば、約２５℃〜４００℃、２０℃〜５００℃、２５℃〜５００℃、２５℃〜６００℃、２５℃〜９００℃、または２５℃〜１０００℃の温度範囲について上述のＣＴＥ値を有することができる。
【０１１０】
セラミック対金属接合部における応力は、適切に（例えば、十分に）延性であるろう付け材料を使用することによって低減され得る。延性ろう付け材料は、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）および／またはニッケル（Ｎｉ）を備えることができる。ろう付け材料は、例えば、少なくとも約９５％または９９％のＡｇ（例えば、重量基準）、少なくとも約９５％または９９％のＣｕ（例えば、重量基準）、または少なくとも約９５％または９９％のＮｉを備えることができる（例えば、重量基準）。ろう付け材料は、本明細書に記載の任意の適切な延性ろう付け材料を備えることができる。延性ろう付け材料は、約１０ＭＰａ、２０ＭＰａ、３０ＭＰａ、４０ＭＰａ、５０ＭＰａ、６０ＭＰａ、７０ＭＰａ、８０ＭＰａ、９０ＭＰａ、１００ＭＰａ、１５０ＭＰａ、２００ＭＰａ、２５０ＭＰａ、３００ＭＰａ、３５０ＭＰａ、４００ＭＰａ、４５０ＭＰａ、５００ＭＰａ、６００ＭＰａ、７００ＭＰａ、８００ＭＰａ、９００ＭＰａまたは１０００ＭＰａ以下の降伏強度を有することができる。ろう付け材料は、例えば、約２５℃、４００℃、５００℃、６００℃、７００℃、８００℃、９００℃、１０００℃または１１００℃以上の温度でそのような降伏強度を有することができる。いくつかの例では、ろう付け材料は被覆され得る（例えば、Ｎｉ被覆）。
【０１１１】
シールは、１つまたは複数の金属化材料（例えば、金属化粉末）を備えることができる。金属化材料のＣＴＥ（例えば、金属化層が形成された後）は、少なくとも約３μｍ／ｍ／℃、４μｍ／ｍ／℃、５μｍ／ｍ／℃、６μｍ／ｍ／℃、７μｍ／ｍ／℃、８μｍ／ｍ／℃、９μｍ／ｍ／℃、１０μｍ／ｍ／℃、１１μｍ／ｍ／℃、１２μｍ／ｍ／℃、１３μｍ／ｍ／℃、１４μｍ／ｍ／℃、１５μｍ／ｍ／℃、１６μｍ／ｍ／℃、１７μｍ／ｍ／℃、１８μｍ／ｍ／℃、１９μｍ／ｍ／℃または２０μｍ／ｍ／℃であり得る。金属化材料のＣＴＥ（例えば、金属化層が形成された後）は、摂氏１度当たり１メートルにつき少なくとも約３ミクロン（μｍ／ｍ／℃）、４μｍ／ｍ／℃、５μｍ／ｍ／℃、６μｍ／ｍ／℃、７μｍ／ｍ／℃、８μｍ／ｍ／℃、９μｍ／ｍ／℃、１０μｍ／ｍ／℃、１１μｍ／ｍ／℃、１２μｍ／ｍ／℃、１３μｍ／ｍ／℃、１４μｍ／ｍ／℃、１５μｍ／ｍ／℃、１６μｍ／ｍ／℃、１７μｍ／ｍ／℃、１８μｍ／ｍ／℃、１９μｍ／ｍ／℃、または２０μｍ／ｍ／℃以下であり得る。金属化材料は、例えば、約２５℃〜４００℃、２０℃〜５００℃、２５℃〜５００℃、２５℃〜６００℃、２５℃〜９００℃、または２５℃〜１０００℃の温度範囲についてそのようなＣＴＥ値を有することができる。金属化材料のヤング率は、約５０ギガパスカル（ＧＰａ）、７５ＧＰａ、１００ＧＰａ、１５０ＧＰａまたは５００ＧＰａ未満であり得る。金属化材料は、例えば、２５℃、３００℃、４００℃、５００℃、６００℃、９００℃または１０００℃の温度に対して、そのようなヤング率値を有することができる。金属化材料は、空気中でおよび／または装置内の反応性材料に約２００℃、３００℃、４００℃、５００℃、６００℃、９００℃または１０００℃以上の温度でさらされる場合、化学的に安定していることができる。
【０１１２】
シールは、セラミック材料およびろう付け材料を備えることができる。いくつかの例では、セラミック材料は、１つまたは複数の反応性材料（例えば、反応性液体金属または反応性液体金属蒸気、例えば、溶融リチウム、リチウム蒸気、またはカルシウム金属など）と接触している場合（例えば、化学的に反応しない）、安定している（例えば熱力学的に安定している）。いくつかの例では、セラミック材料（例えば、ＡｌＮ、Ｎｄ２Ｏ３）は、空気（または任意の他の種類の外部雰囲気）と接触している場合に安定している。いくつかの例では、セラミック材料は安定しており、実質的に攻撃されず（例えば、材料はわずかな表面反応を有する可能性があるが、しかし材料の大部分の劣化または攻撃に進行しない）、実質的に溶融塩の中に溶解しない。セラミック材料の例としては、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ベリリウム（Ｂｅ３Ｎ２）、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化カルシウム（Ｃａ３Ｎ２）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化セリウム（ＣｅＯ２またはＣｅ２Ｏ３）、酸化エルビウム（Ｅｒ２Ｏ３）、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化ネオジム（Ｎｄ２Ｏ３）、酸化サマリウム（Ｓｍ２Ｏ３）、酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）、酸化イッテルビウム（Ｙｂ２Ｏ３）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、イットリア部分安定化ジルコニア（ＹＰＳＺ）、炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、炭化ジルコニウム（ＺｒＣ）、二ホウ化チタン（ＴｉＢ２）、カルコゲナイド、石英、ガラス、またはそれらの任意の組み合わせを含むが、それらに限定されない。セラミック材料は電気的に絶縁性であり得る（例えば、セラミック材料は、約１０２オーム−ｃｍ、１０４オーム−ｃｍ、１０６オーム−ｃｍ、１０８オーム−ｃｍ、１０１０オーム−ｃｍ、１０１２オーム−ｃｍ、１０１４オーム−ｃｍ、１０１６オーム−ｃｍを超える抵抗率を有することができる）。セラミック材料は、ステンレス鋼（例えばグレード４３０のステンレス鋼、４４１ステンレス鋼または１８ＣｒＣｂフェライト系ステンレス鋼）、またはニッケル合金（例えば、約５０％以上のＮｉおよび約４８％以上のＦｅを備える合金、例えば、合金５２など）のＣＴＥと同様である（例えば、実質的に）ＣＴＥ（例えば、約０．１％、０．５％、１％、２％、３％、４％、５％、６％、７％、８％、９％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４５％または５０％以下異なる）を有することができる。
【０１１３】
いくつかの例では、少なくとも１つのろう付け成分が反応性材料内で低い溶解度を有し、反応性材料が少なくとも１つのろう付け成分内で低い溶解度を有し、少なくとも１つのろう付け成分が、装置の動作温度で反応性材料と反応する（例えば、共に金属間合金を形成する）ことなく、および／またはろう付け材料が装置の動作温度を超えて溶融するように、ろう付け材料は１つまたは複数のろう付け成分を備える。反応性材料は、例えば、反応性金属とすることができる。いくつかの例では、ろう付け材料は、反応性金属内で低い溶解度を有する少なくとも１つのろう付け成分を備える。いくつかの例では、反応性金属は、ろう付け成分内で低い溶解度を有する。いくつかの例では、ろう付け成分は、装置の動作温度で反応性金属と金属間合金を形成しない。いくつかの例では、ろう付け成分および／またはろう付け材料は、装置の動作温度を超えて溶融する。いくつかの例では、（１または複数の）ろう付け成分は、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｙ、Ｒｅ、Ｃｒ、Ｚｒ、および／またはＦｅを含むことができ、反応性金属は、リチウム（Ｌｉ）および／またはカルシウム（Ｃａ）を含むことができる。
【０１１４】
ろう付け構成材料の例としては、限定はしないが、アルミニウム（Ａｌ）、ベリリウム（Ｂｅ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、ルビジウム（Ｒｂ）、スカンジウム（Ｓｃ）、銀（Ａｇ）、タンタル（Ｔａ）、レニウム（Ｒｅ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、イットリウム（Ｙ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、リン（Ｐ）、ホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、ケイ素（Ｓｉ）またはそれらの任意の組み合わせが含まれる。いくつかの例では、セラミック材料は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を備え、ろう付け材料はチタン（Ｔｉ）を備える。いくつかの例では、ろう付け材料は、２つ以上の材料（例えば３つの材料）の混合物を備える。材料は、任意の割合で提供され得る。例えば、ろう付けは、３つの材料を約３０：３０：４０または４０：４０：２０の比率（例えば、重量％、原子％、モル％または体積％）で備えることができる。いくつかの例では、ろう付け材料は、チタン、ニッケル、銅、および／またはジルコニウムの混合物を備える。いくつかの例では、ろう付けは、少なくとも約２０、３０または４０重量％のチタン、少なくとも約２０、３０％または４０重量％のニッケル、および少なくとも約２０、３０、４０、５０または６０重量％のジルコニウムを備える。いくつかの例では、ろう付けは、約２０、３０または４０重量％未満のチタン、約２０、３０％または４０重量％未満のニッケル、および約２０、３０、４０、５０または６０重量％未満のジルコニウムを備える。いくつかの例では、ろう付けは、約１８％のＴｉ、約６０％のＺｒ、約２２％のＮｉを備える（例えば、重量％、原子％、モル％または体積％基準）。いくつかの例では、ろう付けは、約７％のＴｉ、約６７％のＺｒ、約２６％のＮｉを備える（例えば、重量％、原子％、モル％または体積％基準）。いくつかの例では、ろう付けは少なくとも約５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５重量％、原子％、モル％または体積％以上のチタン、ニッケルまたはジルコニウム（または本明細書中の任意の他のろう付け材料）を備える。いくつかの例では、ろう付けは、約１９〜２１重量％（ｗｔ％）のＺｒ、１９〜２１ｗｔ％のＮｉ、１９〜２１ｗｔ％のＣｕを備え、残りはＴｉのほとんど、または全部を備える（すなわち、「ＴｉＢｒａｚｅ２００」）。いくつかの例では、ろう付けは、約６１〜６３重量％（ｗｔ％）のＺｒ、１９〜２１ｗｔ％のＮｉを備え、残りはＴｉのほとんど、または全部を備える（すなわち、「ＴｉＺｒＮｉ」ろう付け」）。いくつかの例では、ろう付けは、約２９〜３１重量％のＮｉを備え、残りはＴｉのほとんど、または全部を備える（すなわち、「ＴｉＮｉ−７０」ろう付け」）。いくつかの例では、ろう付けは少なくとも約１０重量％または１５重量％のＴｉ（すなわち、「Ｔｉろう付け合金」）を備える。いくつかの例では、ろう付けは、チタン、ニッケルまたはジルコニウム（または本明細書中の任意の他のろう付け材料）の約５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５以下またはそれを超える重量％、原子％、モル％または体積％を備える。いくつかの例では、ろう付けは、約７０重量％超、約７４重量％超、約７８重量％超、約８２重量％超、約８６重量％超、約９０重量％超、約９４重量％超、またはそれを超えるニッケルを備える。いくつかの例では、ろう付けは、約７０重量％〜８０重量％、約７０重量％〜９０重量％、約７０重量％〜９５重量％、約８０重量％〜９０重量％、または約８０重量％〜約９５重量％のニッケルを備える。いくつかの例では、ろう付けは、約８２重量％〜９４重量％のニッケルを備える。いくつかの例では、ろう付けは、約７０重量％以上のＮｉを備える（本明細書では「ＢＮｉろう付け」）。いくつかの例では、ろう付けは、約８２％以上のＮｉ、および約７％以下のＣｒ、約３％以下のＦｅ、約４．５％以下のＳｉ、約３．２％以下のＢおよび／または約０．０６％以下のＣ（例えば、ＢＮｉ−２ろう付け）を備える。いくつかの例では、ろう付けは約８２％以上のＮｉ、および約１５％以下のＣｒ、約４．０％以下のＢおよび／または約０．０６％以下のＣ（例えばＢＮｉ−９ろう付け）を備える。いくつかの例では、ろう付けは約８２％以上のＮｉ、および約１５％以下のＣｒ、約７．３％以下のＳｉ、約０．０６％以下のＣ、および／または約１．４％以下のＢ（例えば、ＢＮｉ−５ｂろう付け）を備える。いくつかの例では、ろう付けはイットリウム、クロムまたはレニウム、およびニッケルを備える。いくつかの例では、ろうは銀（Ａｇ）およびアルミニウム（Ａｌ）を備え、チタンも備えることができる。ろう付けは、約５：１、６：１、７：１、８：１、９：１、１０：１、１１：１、１２：１、１３：１、１４：１、１５：１、１６：１、１７：１、１８：１、１９：１、２０：１、２５：１、またはそれを超える銀対アルミニウムの比（Ａｇ：Ａｌ）を備えることができる。いくつかの例では、ろう付けは、重量または体積で約１９：１のＡｇ：Ａｌの比（例えば、約９５重量％のＡｇ対約５重量％のＡｌ）を備え、Ｔｉなどの他の添加剤も備えることができる。
【０１１５】
セラミック材料を金属カラーまたはスリーブに接着するための特定のろう付け材料（例えば、非活性ろう付け材料）の使用を容易にするために、金属を備える層（本明細書では「金属化層」および「プレ金属化層」もまた）は、最初にプレ金属化ステップを介してセラミック材料に付着され得る（例えば、金属化層は、コーティングプロセスによってセラミック材料に付着され得る）。例えば、層厚が制御された金属化層は、スパッタコーティングによって、または真空もしくは制御された雰囲気（例えば、Ｈ２ガスを含むＡｒまたはＮ２）の高温熱処理（例えば、セラミック上に金属化層を焼結すること）によって、金属製のカラーまたはスリーブをろう付け材料に接着せずに、セラミック材料上に付着され得る。プレ金属化ステップは、例えば、セラミック材料に直接接着することができない（例えば、ろう付け材料は、金属化層のないセラミック材料に接着することができない）ろう付け材料を使用することによる、プレ金属化されたセラミック表面を金属カラーまたはスリーブに接着する後続のろう付けステップを可能にすることができる。
【０１１６】
金属化層は、金属化材料（本明細書では「プレ金属化材料」もまた）を備えることができる。本明細書の他の箇所でより詳細に説明されるように、金属化材料は、１つまたは複数の金属および／または非金属材料（例えば、１つまたは複数の金属、セラミック、酸化ケイ素ガラスなど）を備えることができる。金属化材料の付着は、１つまたは複数の層のプレ金属化層を形成することにつながる。（１または複数の）副層は、１つのステップで形成されてもよく（例えば、単一の金属化材料を使用する加工ステップは、２つの副層の形成をもたらすことができる）、または複数の加工ステップからもたらされることが可能である（例えば、異なる金属化材料を使用する複数の加工ステップ）。金属化材料は、ろう付け材料を含むことができる。例えば、ろう付け材料（例えば、イットリウム、チタンまたはアルミニウム）の少なくとも一部（例えば、いくつかの部分）は、プレ金属化ステップを介して金属化材料として付着され得る。いくつかの例では、プレ金属化材料は、プレ金属化ろう付け材料と呼ばれ得る。金属化材料は、ろう付け材料とは異なり得る。場合によっては、材料は、ろう付け材料の代わりに金属化材料と呼ばれ得る。例えば、金属コーティングを粉末として付着させ、その粉末をセラミックに接着する場合、その粉末はろう付け粉末ではなく金属化粉末と呼ばれ得る。そのような命名法は、熱処理中にセラミックおよび／または金属上に溶融し得るろう付け材料と、熱処理中にセラミック上に効果的に焼結することができるが、熱処理中に溶融し得ない（例えば、完全に溶融できない）金属化材料（例えば粉末）とを区別することができる。
【０１１７】
いくつかの実施形態では、セラミック対金属ろう付け接合部は、金属化プロセスとそれに続くろう付けプロセスによって形成され得る。いくつかの実施形態では、金属化ステップは含まれない可能性があり、セラミック対金属ろう付け接合部は、活性ろう付けステップ（例えば、Ｔｉ含有ろう付けを使用すること）によって直接形成され得る。
【０１１８】
セラミック材料は、ＡｌＮを備えることができる。セラミック材料は、一次セラミック材料（例えば、ＡｌＮ）、および１つまたは複数の二次セラミック材料（例えば、Ｙ２Ｏ３、ＳｉＣ、またはそれらの組み合わせ）を備えることができる。セラミック材料は、実質的にまたは全体的に一次セラミック材料から形成され得る。セラミック材料は、様々なレベルの（１または複数の）二次セラミック材料を備えることができる。例えば、セラミック材料は、第１の二次セラミック材料および第２の二次セラミック材料を備えることができる。セラミック材料は、約３重量％以上の濃度で第１の二次セラミック材料（例えば、Ｙ２Ｏ３）を備えることができる。代替形態として、セラミック材料は、約３重量％未満の濃度で第１の二次セラミック材料（例えば、Ｙ２Ｏ３）を備えることができる。セラミック材料は、少なくとも第２の二次セラミック材料（例えば、ＳｉＣ）と組み合わせて第１の二次セラミック材料を備えることができ、第２の二次セラミック材料は、約２５重量％（または２５体積％（また、本明細書における「ｖ％」、「ｖｏｌ％」および「体積百分率」）以上の濃度である。いくつかの例では、セラミック材料は、一次セラミック材料としてのＡｌＮ、および第２のセラミック材料としての約１重量％から５重量％のＹ２Ｏ３を備えることができる。
【０１１９】
ろう付けは、不活性ろう付けまたは活性ろう付けであり得る。不活性ろう付けは、セラミック材料を溶融して濡らすこと、またはその上に析出された金属化層を有するセラミック材料を濡らすこともできる。銅および銀は、不活性ろう付けの例である。活性ろう付けは、セラミックと反応することができる（例えば、セラミックの金属成分を化学的に還元する（例えば、ＡｌはＡｌＮから還元される））。いくつかの例では、活性ろう付けは、セラミック材料と反応するチタン（Ｔｉ）またはジルコニウム（Ｚｒ）などの活性金属種を有する金属合金（例えば、ＡｌＮ＋Ｔｉ→Ａｌ＋ＴｉＮまたはＡｌＮ＋Ｚｒ→Ａｌ＋ＺｒＮまたは２Ｎｄ２Ｏ３＋３Ｔｉ→４Ｎｄ＋３ＴｉＯ２）を備えることができる。活性ろう付けは、１つまたは複数の不活性成分（例えば、Ｎｉ）をさらに備えることができる。（１または複数の）不活性成分は、例えば、ろう付けの融点を低下させ、および／またはろう付けの化学的安定性を向上させることができる。いくつかの例では、活性金属ろう付けはセラミック上で玉状になり、および／またはセラミックを濡らさない。
【０１２０】
シールは、導電性ハウジング、セル（ハウジング）蓋、および／または導体に溶接またはろう付けされ得る。いくつかの例では、導電性ハウジングおよび／または導体は、４００系ステンレス鋼、３００系ステンレス鋼、ニッケル、鋼、またはそれらの任意の組み合わせを備える。いくつかの例では、導電性ハウジングおよび／または導体は、例えば３０４Ｌステンレス鋼（３０４Ｌ  ＳＳ）などの低炭素ステンレス鋼を備える。低炭素ステンレス鋼（例えば３０４Ｌ  ＳＳ）は、シールの金属カラーおよび／またはスリーブにもまた使用され得る。いくつかの例では、スリーブは合金４２を備え、カラーおよび導体は低炭素ステンレス鋼（例えば３０４Ｌ  ＳＳ）および／または鋼（例えば軟鋼）を備える。いくつかの例では、導体はＮｉコーティング（例えば、Ｎｉメッキ軟鋼）を備える。いくつかの例では、低炭素ステンレス鋼は、セル内の反応性材料との望ましくない化学反応を低減することができる。
【０１２１】
いくつかの例では、スリーブまたはカラー材料は、例えば、３０４ステンレス鋼、３０４Ｌステンレス鋼、４３０ステンレス鋼（４３０ＳＳ）、４１０ステンレス鋼、合金４２、合金５２、およびニッケル−コバルト鉄合金を含むことができる。いくつかの例では、スリーブまたはカラー構成要素は、Ｎｉコーティング（例えば、Ｎｉコーティングされた合金４２）などのコーティングを含むことができる。ろう付け材料は、例えば、ニッケル１００、モリブデン（Ｍｏ）およびタングステン（Ｗ）を含むことができる。セラミック材料は、例えば、粒子配向に平行な方向に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化ホウ素（ＢＮ）、粒子配向に垂直な方向に窒化ホウ素（ＢＮ）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）およびイットリア部分安定化ジルコニア（ＹＰＳＺ）を備えることができる。
【０１２２】
いくつかの例では、シールの導電性構成要素は、低ＣＴＥ（例えば、約１ｐｐｍ／℃、２ｐｐｍ／℃、３ｐｐｍ／℃、４ｐｐｍ／℃、５ｐｐｍ／℃、６ｐｐｍ／℃、７ｐｐｍ／℃、８ｐｐｍ／℃、９ｐｐｍ／℃、１０ｐｐｍ／℃、１１ｐｐｍ／℃、１２ｐｐｍ／℃、または１５ｐｐｍ／℃未満）、低ヤング率（例えば、約０．１ＧＰａ、０．５ＧＰａ、１ＧＰａ、１０ＧＰａ、５０ＧＰａ、１００ＧＰａ、１５０ＧＰａ、２００ＧＰａまたは５００ＧＰａ未満）、高延性（例えば、その降伏強度の約１００％、２００％、３００％、４００％または５００を超える極限強度）、またはそれらの任意の組み合わせを有する金属を備える。いくつかの例では、極限強度は、材料が十分な延性を有するための材料の降伏強度の約５０％、１００％または２００％超えることができる。いくつかの例では、導電性構成要素は、導電性セラミックを備えない。低ＣＴＥ、低ヤング率、および／または高い延性の構成要素特性は、セラミック内で低い応力集中につながる可能性がある。低ヤング率構成要素特性は、異なるＣＴＥ値を有する部品間で発生する応力が少なくなることにつながり（例えば、少なくとも１つの材料が低ヤング率を有する場合、一体に接着される２つの材料間の所与のＣＴＥ不一致について、ＣＴＥの相違によって生成されるひずみは低ヤング率を有する材料が「伸びる」原因となる可能性があり、その結果として、２つの材料間の応力は比較的小さくなる）。低ＣＴＥ、低ヤング率および／または高い延性構成要素特性によって、破損の可能性を低減することができる（例えば、応力集中の低減および／または生成される応力の減少のために）。これらの仕様を満たす（内部および外部セル環境に対する耐食性に加えて）金属は、例えば、ジルコニウム（Ｚｒ）、高ジルコニウム含有合金、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、ニッケル（Ｎｉ）および／またはモリブデン（Ｍｏ）を含むことができる。
【０１２３】
いくつかの実施形態では、シールは、セラミック、１つまたは複数のろう付け材料、および１つまたは複数の金属カラーを備える。例えば、２つの金属カラーをセラミックに接合することができ、セラミックの両側に１つずつ接合することができる。そのような各金属カラーは、（１または複数の）追加の金属カラーにさらに接合され得る。したがって、２つ以上の金属カラーを備える複合金属カラーが生成され得る。いくつかの例では、複合金属カラーは、少なくとも２つの金属カラーを備え、そのうちの少なくとも１つの金属カラーはセラミックに（例えば１つの種類のろう付けを使用して）適切に接合される材料を備え、少なくとも１つの金属カラーは、シールまたはセルの他の構成要素に適切に接合される（例えば、他の種類のろう付けを使用して）材料を備える。２つの金属カラーは、さらに接合され得る（例えば、さらに別の種類のろう付けを使用して）。いくつかの例では、シールの金属カラーを互いにおよび／またはセルの他の部分に接合するために使用されるろう付けの少なくとも一部（例えば、全部）は、同じ種類のものであり得る。いくつかの例では、ろう付けの少なくとも一部または全部は、異なる種類のものであり得る。さらに、金属カラーのうちの１つまたは複数は、ろう付けではなく溶接されることができ、または溶接およびろう付けされることができる。シールは、１つまたは複数の複合金属カラーを備えることができる。いくつかの例では、シールは少なくとも約１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１２、１４、１６、１８、２０以上の個々の金属カラーを備える。一例では、シールは、２つの複合金属カラーを形成する３つまたは４つの個々の金属カラーを備える。いくつかの例では、個々の金属カラーの少なくとも一部は同じ材料を備えることができる。例えば、同じ材料を備える金属カラーは、金属カラーを類似の材料（例えば、類似のセルハウジングまたは導体材料）に接合するために使用され得る。
【０１２４】
いくつかの例では、シールは、セラミック、ろう付け材料、第１の（例えば、薄い）金属カラー、および／または第２の金属カラーを備える。第１の金属カラーをセラミックにろう付けすることができ、第２の金属カラーを第１の金属カラーにろう付けすることができる。いくつかの例では、第１の金属カラーは、合金４２、ジルコニウム（Ｚｒ）またはタングステン（Ｗ）などの低ＣＴＥ材料であり、第２の金属カラーは、鋼、ステンレス鋼、３００系ステンレス鋼（例えば、３０４Ｌステンレス鋼）、または４００系ステンレス鋼（例えば、４３０ステンレス鋼）などの鉄合金である。いくつかの例では、第１の金属カラーは、約２マイクロメートル（μｍ、またはミクロン）厚、５μｍ、１０μｍ、２０μｍ、５０μｍ、１００μｍ、１５０μｍ、２５０μｍ、５００μｍ、１，０００μｍ、１，５００μｍまたは２，０００μｍ厚未満である。
【０１２５】
いくつかの例では、シールは、セラミック、ろう付け、第１の金属カラー、第２の金属カラー、および第３の金属カラーを備える。第１の金属カラーは、セラミックの一部に接合可能であり、第２の金属カラーは第１の金属カラーに接合可能である。第１の金属カラーおよび第３の金属カラーが電子絶縁セラミック材料によって分離されるように、第３の金属カラーはセラミックの異なる部分に接合され得る。第１の金属カラーとセラミックとの間の接合部、および第３の金属カラーとセラミックとの間の接合部は、両方とも密封性であり得る。いくつかの例では、シールは、第３の金属カラーに接合される第４の金属カラーをさらに備える（例えば、第１の金属カラーはセラミックの一部に接合され、第２の金属カラーは第１の金属カラーに接合され、第３の金属カラーはセラミックの他の部分に接合され、第４の金属カラーは第３の金属カラーに接合される）。第１の金属カラーを第２の金属カラーに接合するのに使用されるろう付け材料は、本明細書に記載されている任意のろう付け組成物を備えるか、またはそれに類似していることが可能である。第１の金属カラーまたは第２の金属カラーは、（例えば、本明細書に記載のろう付け組成物のいずれかに類似するろう付け組成物を使用して、または溶接されて）セル蓋に接合され得る。第３の金属カラーは、第４の金属カラーに接合されることができ、または負極電流リードに直接接合され得る（例えば、本開示の任意のろう付け組成物を使用してろう付けされる）。
【０１２６】
図３は、セラミック部品３０５を備えるシール３００の径方向に対称な例の断面図である。セラミック部品は、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を備えることができる。いくつかの例では、セラミック成分は酸化イットリウム（Ｙ２  Ｏ３）を備えることができる。一例では、セラミック部品は、約３重量％以上の酸化イットリウムを備える。いくつかの例では、セラミック成分は、約１パーセントから約４パーセントの酸化イットリウムを備える。セラミック部品３０５は、第１の金属対セラミック接合部（例えば、ろう付け）３５５を介して、第１の金属スリーブ（例えば、Ｎｉメッキ合金４２）３１０と接合されている。シールはさらに、第２の金属対セラミック接合部（例えば、第１のろう付け合金）３１５を介して、セラミック部品３０５に接合された第２の金属スリーブ（例えば、Ｎｉメッキ合金４２）３４０を備える。第１の金属対セラミック接合部３５５および第２の金属対セラミック接合部３１５は、例えば、銀およびアルミニウムの第１のろう付け合金（Ａｇ−Ａｌ）を備えることができる。第１の金属対セラミック接合部３５５および第２の金属対セラミック接合部３１５は、第１のろう付け合金および内部ろう付け合金を備えることができる。第１のろう付け合金は、容器の外部環境（例えば周囲空気）にさらされる可能性があり、内部のろう付け合金は、容器の内部環境（例えば高温反応性材料）にさらされる可能性がある。第１のろう付け合金は、延性材料を備えることができる。第１のろう付けは、少なくとも２つの異なる金属の合金であり得る。第１のろう付け合金は、１９：１未満の銀対アルミニウムの比を有することができ、例えば、第１のろう付け合金は、約９５％以下の銀を含有することができる。第１のろう合金は、さらに湿潤剤を備えることができる。例えば、湿潤剤は、チタンまたは水素化チタンを備えることができる。いくつかの例では、湿潤剤は、第１のろう付け合金のための金属化層として提供され得る。金属スリーブ３１０および３４０は、例えばセラミック部品の外面にろう付けされ得る。
【０１２７】
（１または複数の）第１の金属対セラミック接合部３５５および／または第２の金属対セラミック接合部３１５は、さらに内部ろう付け合金を備えることができる。内部ろう付け合金は、（１または複数の）第１の金属対セラミック接合部３５５および／または第２の金属対セラミック接合部３１５の内部表面にあり、または内部表面に隣接していることができる。内部ろう付け合金は、第１のろう付け合金よりも化学的に安定していることができる。内部ろう付けは、少なくとも２つの異なる金属の合金であり得る。内部ろう付け合金は、脆い材料を備えることができる。内部ろう付け合金は、活性金属ろう付けであり得る。内部ろう付け合金は、密封容器の内部の反応性金属材料（例えば、高温電池セル）にさらされる場合、安定していることができる。内部ろう付け合金は、反応性材料と第１のろう付け合金との間に保護バリアを形成することができる。第１のろう付け合金は、密封容器の外部空気にさらされる可能性があり、周囲空気と内部のろう付け合金との間にバリアを提供することができる。内部ろう付け合金は、Ｎｉ系ろう付け合金（例えば、ＢＮｉ−２、ＢＮｉ−７、ＢＮｉ−９）またはＴｉろう付け合金（例えば、ＴｉＢｒａｚｅ２００、ＴｉＺｒＮｉ、ＴｉＮｉ−７０）を備えることができる。底部金属対セラミック接合部３１５は、銀とアルミニウムの第１のろう付け合金を備えることができ、頂部金属対セラミック接合部３５５は、銀とアルミニウムの第１のろう付け合金（例えば、約９５％のＡｇと５％のＡｌ）およびＴｉろう付け合金の内部ろう付け合金（例えばＴｉＢｒａｚｅ２００）の両方を備えることができる。内部ろう付け合金は、密封容器内の反応性材料（例えば、反応性金属蒸気および／または塩蒸気および／または液体）にさらされる可能性があるが、密封容器の外部空気にさらされる可能性はない。頂部金属対セラミック接合部３５５内の第１のろう付け合金は、密封容器の外部空気にさらされる可能性があるが、密封容器内の反応性材料にさらされない可能性がある。いくつかの例では、底部金属対セラミック接合部３１５は、（接合部３５５に関して上述したように）第１のろう付け合金および内部ろう付け合金をさらに備えることができる。
【０１２８】
第１の金属スリーブ３１０は、第１の金属対金属接合部（例えば、溶接、ろう付け）３４５を介して導体（例えば、負極電流リードなどの電流リード）３５０と接合される。導体は、例えば３０４Ｌステンレス鋼などの低炭素ステンレス鋼、または軟鋼またはＮｉ合金（例えばＮｉ２０１）を備えることができる。第２の金属スリーブ３４０は、第２の金属対金属接合部（例えば、溶接、ろう付け）３２５を介して金属カラー（例えば、３０４Ｌ  ＳＳ）３２０と接合される。金属カラー３２０は、第３の金属対金属接合部（例えば、溶接、ろう付け）３３５を介して容器３３０に接合される（例えば、３０４Ｌ  ＳＳを備えるセル蓋に）。シールは、例えば、反応性液体および電気化学セルのガスなどの反応性材料を収容することができる容器のチャンバ３６０を封入する。
【０１２９】
金属対金属接合部は、７０重量％以上のＮｉを備えるＢＮｉろう付けを備えることができ、例えば、ＢＮｉ−２、ＢＮｉ−５ｂ、またはＢＮｉ−９ろう付け、チタン系ろう付け合金（例えば、ＴｉＢｒａｚｅ２００、ＴｉＺｒＮｉ、ＴｉＮｉ−７０、銀−アルミニウムろう付け合金（例えば、１９：１のＡｇ：Ａｌ比を有する合金）、銀合金、アルミニウム合金、少なくとも銀を含有する合金、および／または少なくともアルミニウムを含有する合金などである。いくつかの実施形態では、第２の金属対金属接合部は、ＢＮｉろう付けまたはチタン系ろう付け合金（例えば、ＴｉＢｒａｚｅ２００）を備える。いくつかの実施形態では、第１および第２の金属対金属接合部は、ＢＮｉろう付け合金またはＴｉろう付け合金を備える。いくつかの実施形態では、各金属対金属接合部は、ＢＮｉろう付け、Ｔｉろう付け合金、および／またはＡｇ−Ａｌろう付け合金を備える。いくつかの例では、金属カラー３２０は容器に溶接されるか、または容器の一部として一体的に形成される。
【０１３０】
金属製スリーブとして説明されているが、いくつかの実施形態では、金属製スリーブ３１０および３４０の一方または両方が、金属製カラーとして提供され得る。様々な実施形態において、図３に示されるシールは様々な材料を備えることができる。一例では、セラミック部品３０５はＡｌ２Ｏ３セラミックを備え、接合部３１５および３５５はＣｕ−Ａｇろう付けを備え、金属スリーブ３１０および３４０はＦｅ−Ｎｉ合金（例えば、Ｆｅ−Ｎｉスリーブまたはカラー）を備える。一例では、セラミック部品３０５はＡｌＮセラミックを備え、接合部３１５および３５５はＮｉめっきを備える金属化層を有する銅ろう付けを備え、金属スリーブ３１０および３４０はニッケル金属（例えばＮｉ金属スリーブまたはカラー）を備える。一例では、セラミック部品３０５はＡｌＮセラミックを備え、接合部３１５および３５５は金属化層を有するＣｒ−Ｎｉろう付けを備え、金属スリーブ３１０および３４０はニッケル金属（例えばＮｉ金属スリーブまたはカラー）を備える。
【０１３１】
シール３００は、電気化学セル４００に組み込まれ得るが、図４に示すような追加の機構と組み合わされてもよい。電気化学セル４００は、蓋３３０および缶４３０を含む容器を備える。容器は、動作時に高温（例えば、２００℃超）に保たれた反応性材料を収容する。反応性材料は、正極４２０（例えば、Ｐｂ−Ｓｂ、Ｂｉ、Ｓｂ、またはＦｅＳ２）および負極４４０（例えば、Ｌｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｃａ）と接触する電解質４１０（例えば、塩）を備える。負極集電体４５０（例えば発泡体）は、負極を負極電流リード３５０に接続し、負極電流リード３５０はシール３００を通って外部環境に延在する。ライナ４６０（例えば、グラファイトるつぼ）は、缶４３０と活性セル構成要素（例えば、電解質４１０および正極４２０）との間に設けられ得る。
【０１３２】
シール３００は、図４に示されるように複数の機構を備えることができる。一例では、セラミック部品３０５はＡｌＮセラミックを備え、接合部３１５および３５５はＴｉ、ＴｉＨ２、および／またはＴｉろう付け合金で活性化されたＡｌ−Ａｇろう付けを備え、金属スリーブ３１０および３４０は、その表面にニッケル層（例えば、合金４２でＮｉメッキされた（１または複数の）金属スリーブ）を有する合金４２金属合金を備える。金属スリーブ構成要素３１０および３４０の厚さは、約０．０３０インチ未満であり得る。いくつかの例では、金属スリーブの厚さは、約０．０２５インチ、０．０２インチ、０．０１５インチ、０．０１インチ以下である。いくつかの例では、金属スリーブの厚さは、約０．０１インチ〜０．０１５インチ、約０．０１インチ〜０．０２インチ、または約０．０１インチ〜０．０２５インチである。一例では、セラミック部品は、セラミックの表面に沿った金属デンドライトの形成を防止または抑制することができる物理的イオン遮断機構１０００（以下でさらに説明する）を備える。一例では、電流リード３５０（例えば、負極電流リード）は、Ｎｉ合金、鋼（例えば、軟鋼）、またはステンレス鋼（例えば、３０４Ｌ  ＳＳ合金）、およびステンレス鋼（例えば、３０４Ｌ  ＳＳ）の金属カラー３２０を備える。電流リード３５０は、電流リードの一体部分であり、頂部金属スリーブ３１０をろう付けするための表面として機能する、肩部のような機構を備えることができる。電流リード３５０と頂部金属スリーブ３１０との間の頂部金属対金属接合部３４５は、Ａｇ−Ａｌろう付け（例えば、約９５％のＡｇおよび約５％のＡｌ）を備え、Ｎｉ系ろう付け合金（例えば、ＢＮｉ−９ろう付け）を備えることができ、またはＴｉ系ろう付け合金（例えば、ＴｉＢｒａｚｅ２００）を備えることができる。底部金属スリーブ３４０と頂部金属カプラ３２０との間の底部金属対金属接合部３２５は、Ａｇ−Ａｌろう付け（例えば、約９５％のＡｇおよび約５％のＡｌ）を備えることができ、またはＮｉ系ろう付け合金（例えば、ＢＮｉ−９ろう付け）、または例えば、Ｔｉろう付け合金（例えば、ＴｉＢｒａｚｅ２００）を備えることができる。
【０１３３】
セルの容器は、液体部分とシールとの間に気体部分を備えることができる。いくつかの例では、液体部分からの反応性材料が気体部分内に蒸発し、最終的にシールと接触する可能性がある。さらに、液体および／またはイオンは、負極から負極電流リードの表面に沿って、シールに向かって流れることができる。反応性材料の粒子がシールと接触する場合、これらのプロセスは望ましくない腐食を引き起こす可能性がある。したがって、シールド５００が設けられて、液体部分からシールへの蒸気、液体、および／またはイオンの流れを阻止することができる。
【０１３４】
図５は、液体部分からシールへの蒸気の流れを阻止し、または遮るように成形されたシールド５００を備える電気化学セルを示す。シールド５００は、液体部分とシールとの間の気体部分内に延在する。蒸気が、画像の底部の液体部分（例えば、中央近傍の点で）から頂部のシールに流れるためには、蒸気は、シールドの周りの外側へ、次いで中心に向かって内側へ戻り、シールの頂部に至るまでの経路をたどることができる。この経路は、経路５１０、５２０、５３０、および５４０によってそれぞれ示されている。シールドは、シールおよび液体部分を互いに部分的にまたは完全に遮り、かつ／または塞ぐことができる。対照的に、シールドが存在しない場合、ガスは経路５５０に沿って直接上方に流れ、次いでシールまで経路５４０を共有する。以下に詳述するように、後者の経路はガスの流れに対してより少ないインピーダンスを提供することができる。
【０１３５】
シールドと周囲の壁との間に小さな間隙を与えることによって、シールドによってガスは各セグメントの狭い経路に沿って流れることができ、一般に、この経路の幅は、可変値を有することができるパラメータｗに指定され得る（例えば、場合によっては、ｗは約１ｃｍ以下、または約２ｍｍ以下、または約１ｍｍ以下である）。１つの経路の無限小距離ｄＬに沿って流れるガスの量は、経路が流れる断面積に比例し得る。面積が小さければ小さいほど、ガス流はより一層制限されることができ、加えて、ガスが流れる長さが長いほど、その流れはより遅くなり得る。シールドは、導体から延在することができる。シールドは、導体から約１倍、１．５倍、２倍、３倍、４倍、５倍以上の距離で延在することができ、または導体の幅を変更することができる。いくつかの例では、シールドは、導体から容器壁の無限小距離内まで延在する。
【０１３６】
シールドの結果として、ガス流がより長い経路にさらされる程度は、「有効ガス拡散経路」またはＥＧＤＰと呼ばれるパラメータによって推定され得る。ＥＧＤＰは、経路をたどるガスが流れることができる逆断面積の２点間（例えば、液体からシールまで）の経路に沿った積分として定義され得る。例えば、円形対称のセル内の経路５１０上で、中心から半径ｒで、経路幅ｗを備える場合、面積は、幅ｗに半径ｒの円の円周を乗じたものとして推定され得る。半径方向に対称なセル／シールド幾何学的形状のこの仮定の下では、そのとき無限小のＥＧＤＰは、
【数１】
2019526909.tif 000005
【０１３７】
のように概算されることができ、全ＥＧＤＰは各経路にわたって積分
【数２】
2019526909.tif 000006
【０１３８】
によって推定され得る。ＥＧＤＰの単位は１／長さであり、より大きい値のＥＧＤＰは、蒸気が流れることができるより長い有効距離に相当することができる。例えば、電流リードの内径ｒ１から缶の外径ｒ２および背部までの経路（半径ｒ２で長さＬに沿った経路５２０を備える、経路５１０、５２０および５３０を概算する）を与えられると、液体からシールまでの経路の部分に対するＥＧＤＰは、
【数３】
2019526909.tif 000007
【０１３９】
（２次項を無視して、例えば０（ｗ２））として推定され得る。経路５５０について実行され、ｒ１とｒ２との間の環状領域内を距離Ｌだけ進む同様の積分により、
【数４】
2019526909.tif 000008
【０１４０】
のＥＧＤＰが得られ、これはシールドを有する場合よりも著しく小さい値になる可能性がある。シール内の経路５４０は両方の構成に共通であり、したがって無視され得る。例えば、シールドは、シールドなしの同じセルに対して、約１０パーセント、約１５パーセント、約２０パーセント、約３０パーセント、または約５０パーセント以上、液体部分からシールまでのＥＧＤＰを増加させることができる。例えば、図５に示すもののような単純なシールドは、セルのＥＧＤＰを約６．３５ｃｍ−１から約７．３０ｃｍ−１以上まで増加させることができる。いくつかの例では、液体部分からシールまでのＥＧＤＰは、少なくとも約１ｃｍ−１、２ｃｍ−１、３ｃｍ−１、４ｃｍ−１、５ｃｍ−１、６ｃｍ−１、７ｃｍ−１以上である。一例では、液体部分からシールまでのＥＧＤＰは、７ｃｍ−１以上である。
【０１４１】
ＥＧＤＰのさらなる増加は、より複雑なシールド設計を使用して達成され得る。例えば、図６は、複数のシールドを備えるより複雑なシールドシステムを備えるセルを示す。第１のシールド５０２が、中央の負極電流リードに取り付けられ、第２のシールド５０４が、蓋に接合されたセル容器の壁に取り付けられる。２つのシールドは、液体部分からシールまでの長い曲がりくねった経路を提供するために、複数の凸凹部分を交互に備える。経路は、例えばＳ字形とすることができる。そのような経路は、例えば、容器の幅の約１．２倍、１．５倍、１．７倍、２倍、３倍、または５倍以上の長さを有することができる。
【０１４２】
本明細書で提供されるシールドは、追加の利点を提供するように成形され得る。例えば、図７はその端部にリップ５０８を備えるシールド５０６を示す。リップは、液体部分からシールへの液体の流れ（例えば、毛管力などによる固体表面に沿った液体の飛散または這い上がり）を抑制するように成形されている。例えば、適度な表面濡れ角を有する液体によって、シールドの縁部の周りを流れることを防止するか、または抵抗することができる。
【０１４３】
シールドはまた、負電流導体の表面に沿ったシールへのイオンの流れに対する保護を提供することができる。例えば、図８は、画像の底部の液体部分から頂部のシールまで移動するイオンの有効イオン拡散経路（ＥＩＤＰ）を増加させるように構成されたシールド５１２を示す。シールド５１２の表面およびシールまでの負極電流リードに沿った第１の経路５１４は、負極電流リードの表面に沿って進む第２の経路５１６と比較される。ＥＩＤＰは、表面に沿った経路をたどる粒子がそれを通って流れることができる（例えば、液体からシールまで）２点間の経路に沿った円周の逆数の積分によって与えられる無次元パラメータとして定義され得る。例えば、円の中心からその周囲への半径方向の経路に沿って流れる場合、無限小のＥＩＤＰは
【数５】
2019526909.tif 000009
【０１４４】
のように概算可能であり、ここでｒは円の半径である。その場合、経路全体の完全積分は、
【数６】
2019526909.tif 000010
【０１４５】
となる。図８の液体部分からシールまでの距離がＬである場合、電流リードの半径はｒ１であり、シールドの半径はｒ２であり、円対称性が仮定され、次いで経路５１６のＥＩＤＰは
【数７】
2019526909.tif 000011
【０１４６】
のように概算可能であり、経路５１４のＥＩＤＰは同じ値に約
【数８】
2019526909.tif 000012
【０１４７】
を加えたものであり、シールドからの追加のＥＩＤＰを表す。追加のシールドは、イオンを繰り返し前後に流すことによってＥＩＤＰをさらに増加させることができる。例えば、そのようなシステムにおける１つまたは複数のシールドは、シールドなしの同じシステムと比較して、約３０パーセント、約４０パーセント、約５０パーセント、約７０パーセント、約７５パーセント、約８０パーセント、約９０パーセントまたは約１００パーセント以上のＥＩＤＰの増加をもたらすことができる。いくつかの例では、有効イオン拡散経路長は約７５パーセント以上増加される。例えば、シールドを有するＥＩＤＰは、約１、約１．５、約２、約３、約４、または約５以上であり得る。一例では、シールドのないセルは１．１７のＥＩＤＰを有し、図示のようにシールドを有する同じセルは１．６０のＥＩＤＰを有する。第２の例では、複数のシールドが設けられ、２．２４のＥＩＤＰを生成する。図６のＳ字型構造などのより複雑な構造は、ＥＩＤＰをさらに増加させることができる。
【０１４８】
本明細書に開示されるシールドによって提供され得る追加の機能は、カソードの保護である。例えば、図４を参照すると、シールド５００は液体部分４１０から蒸気がシール３００まで直線経路を移動することを阻止する。その代わりに、蒸気は容器の外縁部に向けられ、缶４３０の壁に極めて接近する。缶４３０の壁は、正極と電気的に連通していることができる。したがって、液体部分からの原子金属の蒸気は、壁の正電流源と接触することによって酸化され得る。液体金属原子が壁との接触時に酸化されて塩になることができるように、壁は、イオン伝導性膜（例えば、電解質および／または以前の蒸気−壁相互作用からの塩を備える）を含むことができる。例えば、イオン伝導性膜は、壁と液体部分との間でイオンを伝導することができる。これらの相互作用は、液体部分からシールへの反応性金属原子の流れを抑制することができる。極めて近接して（例えば、約５ｍｍ以下）、長い距離（例えば、約１ｃｍ以上）の間、導電性容器の壁に沿って蒸気を向けるように構成されたシールドは、この効果を高めることができる。
【０１４９】
図９は、第１のシールド５２２が負極電流リードに取り付けられ、第２のシールド５２４が第１のシールド５２２と液体部分５２６との間に配置され、第２のシールド５２４が正極電流リードと接触する複数のシールドを備える構成を示す。画像の頂部のシールに到達するために、蒸気は第２のシールド５２４を通過することができ、それが反応性金属蒸気を反応性のより低い塩イオンに酸化するように作用し、それによってシールの腐食を低減する。
【０１５０】
シールのセラミック部分は、セラミック部品の表面に沿った、ろう付け材料からの金属イオンのエレクトロマイグレーションを含む、金属種の流れを低減するための手段を含むことができる。シールは、管状構造を有するセラミック部品を備えることができる。管状構造は、円形、楕円形、三角形、正方形、長方形、または多角形を含むが、これらに限定されない任意の断面幾何学的形状を有することができる。いくつかの実施形態では、セラミック部品は環状または「リング状」である。管状構造の内径は、セラミック部品が電流リードの周囲を囲むことができるように、電流リードの外側寸法以上であり得る（例えば、セラミック部品は、電流リードの外面上を覆う嵌合するリングであり得る）。セラミック部品は、電流リードの外面の一部と接触していることができ、または電流リードの外面の一部と部分的に接触している、または接触していない可能性がある。シールは、セラミック部品の外部表面（例えば、密封容器の内側にある反応性材料にさらされていないセラミック部品の表面）の頂部および底部に金属スリーブをろう付けすることによって形成されることができ、第１ろう付け接合部および第２ろう付け接合部を形成する。別法として、またはそれに加えて、第１および第２のろう付け接合部は、金属スリーブをセラミック部品の内側表面の頂部および底部にろう付けすることによって、セラミック部品の内側頂部縁および外側頂部縁にろう付けすることによって、セラミック部品の内側底部縁および外側底部縁にろう付けすることによって、または金属スリーブをセラミック部品の頂部縁および底部縁にろう付けすることによって形成され得る。第１のろう付け接合部および第２のろう付け接合部は、セラミック部品を囲み、セラミック部品の外面に沿って密封した、気密シールを形成することができる。ろう付け接合部は、セラミック部品の外面の一部を隠すかまたは覆うことができる。第１のろう付け接合部と第２のろう付け接合部との間のセラミック部品の一部は、第１のろう付け接合部および第２のろう付け接合部によって覆われていなくてもよく、周囲環境にさらされることができる。周囲環境は、セルに対する任意の外部環境であり得る。例えば、第１のろう付けと第２のろう付けとの間のセラミック部品の露出面はセルの外側にあることができ、セル内の反応性蒸気または反応性材料と接触していない可能性がある。周囲環境にさらされるセラミック部品は、第１のろう付け接合部から第２のろう付け接合部まで延在し、電流リードの周りを囲む表面を有することができる。セラミック部品は、電流リードと接触している可能性があり、または接触していない可能性がある。いくつかの例では、第１のろう付け接合部と第２のろう付け接合部との間に延在するセラミック部品の表面は滑らかであり（例えば、表面は第１のろう付け接合部と第２のろう付け接合部との間の直線切片を含み得る）、第１のろう付け接合部および第２のろう付け接合部の両方を遮断する他の可能な表面と比較される場合、最も小さい表面積をもたらすことができる。いくつかの例では、第１のろう付け接合部と第２のろう付け接合部との間に延在するセラミック部品の表面は、セラミック部品の露出面の面積を増加させる突起を有する。突起は、シールの第１のろう付け接合部および第２のろう付け接合部の間に延在する理論的または仮想的な滑らかな表面（例えば、基準面）から離れるように延在する（例えば、少なくとも部分的に直交する）１つまたは複数の機構として定義され得る。いくつかの実施形態では、突起は、シールの第１のろう付け接合部および第２のろう付け接合部の両方から少なくとも部分的に離れて同時に延在する１つまたは複数の機構としてもまた定義され得る。
【０１５１】
いくつかのろう付け材料は、いくつかの動作条件下で、セラミック部品の表面を横切る金属イオンの流れを許容するが、それによって、例えばイオンが遠い電極に到達し、中性金属に還元する場合の金属デンドライトの形成に起因して、望ましくない短絡をもたらす可能性がある。このプロセスが繰り返されると、デンドライトがセラミック部品の表面を横切って成長し、最終的には反対極性の導体間に金属リンクを形成し、短絡を引き起こす。これを抑制するために、物理的イオンブロッカーをセラミック部品の露出面上に設けることができ、および／またはセラミック部品の設計の中に組み込むことができる。例えば、図４のシール３００は、第１のろう付け接合部と第２のろう付け接合部との間に延在する基準面に対して実質的に直交して延在する表面上に複数の突起を備える物理的イオンブロッカー１０００を示す。突起は、第１のろう付け接合部から第２のろう付け接合部まで延在する基準面に対して実質的に平行であり、実質的に直交し、および／または鋭角であるセラミック部品の１つまたは複数の露出面によって形成され得る。複数の突起はそれぞれ、第１、第２、および／または第３の表面部分を備えることができる。第１の表面部分は、第１のろう付け接合部から第２のろう付け接合部まで延在するセラミック部品の基準面に対して垂直に、実質的に垂直に、または基準面に対してある角度でセラミック部品の露出面から離れるように延在することができる。例えば、突起は、直角から約２０度以下、直角から約５度以下、または直角から約１度以下の角度に曲げられることが可能である。第２の表面部分は、第１のろう付け接合部から第２のろう付け接合部まで延在するセラミック部品の基準面に対して平行であり、実質的に平行であり、またはその基準面に対して所定の傾斜であり得る。第３の表面部分は、セラミック部品の基準面に向かって延在することができる。電界ベクトルは、基準面と平行であることができ、第１のセラミック対金属ろう付け接合部から第２のセラミック対金属ろう付け接合部へ配向され得る。セラミック対金属ろう付け接合部の１つは、正極と電気的に連通していることができる。突起がない場合、イオンは、正に分極されたスリーブのろう付け（例えば、３４０）と負に分極されたスリーブのろう付け（例えば、３１０）との間の電界によって引っ張られる可能性がある。突起は、セラミック部品の露出面に沿って移動するイオンを電界に対して直角に、または少なくとも部分的に反対方向に移動させ、それによってイオンの進行を遅くするかまたは停止させることができる。２つの突起が示されているが、単一の突起（例えば、セラミック部品の外周を囲む）、または３つ以上のそのような突起など、より多い、またはより少ない突起もまた使用され得る。セラミック部品および突起は、単一の構成要素であり得る（すなわち、セラミック部品および突起は１つの連続材料であり得る）。別法として、またはそれに加えて、突起は、溶接、ろう付け、セラミック接着剤またはセメント、あるいは他の接着方法によって一体に接着される、および／またはセラミック部品に接着される複数の部品であり得る。いくつかの例では、突起は長さ、または角度において互いに異なり得る。突起は、第１のろう付け接合部から第２のろう付け接合部まで延在するセラミック部品の基準面から、約０．５ミリメートル（ｍｍ）、１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、６ｍｍ、８ｍｍ、１０ｍｍ、またはそれ以上の距離だけ延在することができる。
【０１５２】
図１０Ａ、１０Ｂおよび１０Ｃは、物理的イオンブロッカーを備える様々なセラミック部品を示す。図１０Ａ、図１０Ｂおよび図１０Ｃは、物理的イオンブロッカーを備えるセラミック部品の半径方向に対称な二次元断面を示し、半径方向の対称線は各画像の中心を通って垂直に走っている。図１０Ａは、物理的イオンブロッカー１０１２を備えるセラミック部品１０１０を示す。物理的イオンブロッカー１０１２は、電界１０１６の正側に向かう方向に下向きに配向された空隙または溝１０１４を形成するような角度に曲げられた突起を備える。電界１０１６の方向に表面に沿って移動するイオンが物理的イオンブロッカーに到達すると、それらは、逆矢印１０１８によって示されるように、電界ベクトルと反対のベクトル成分を有する方向に向け直される。したがって、底部端から頂部端への経路は最初に頂部に近づき、次いでコースを逆転させ、その後頂部方向への運動を再開する。この移動は電界と反対の方向であるので、陽イオンは電界によって効果的に抵抗を受け、エレクトロマイグレーションを抑制する。図１０Ｂは、セラミック部品１０２０が、セラミック部品の表面に対して鋭角の傾斜を画定し、正の電界源に概ね向かって（下向きに）面する角度に曲げられた溝１０２４を形成する突起を有する物理的イオンブロッカー１０２２を備えるさらなる実施形態を示す。溝を越えて表面に沿って移動するイオンが、セラミック部品の表面に沿った垂直の電界に逆らって少なくとも部分的に移動する可能性があるので、この傾斜した溝（または空隙）は平行な溝１０１４に対して同様の効果を提供する。図１０Ｃは第３の例を示し、セラミック部品１０３０は、溝１０３４を画定する突起を含む物理的イオンブロッカー１０３２を備え、溝はセラミック部品の表面に対して実質的に直交する傾斜を画定する。本明細書に示されるように、物理的イオンブロッカーは、セラミック部品の一体部分として形成され得るか、またはセラミック部品と一体となるように形成され得る。別法として、物理的イオンブロッカーをセラミック部品に付着させることができる。
【０１５３】
電流リード（例えば、負極電流リード）に対する改良が、図１１Ａに示されている。図１１Ａは、金属スリーブに接合するためのカプラを備える負極電流リード（ＮＣＬ）の２つの実施形態を図示する。第１の実施形態１１１０において、カプラ１１１５は、ＮＣＬに取り付けられる（例えば、溶接される）別個の部品として提供される。第２の実施形態１１２０では、カプラ１８２５がＮＣＬの一体部分として提供され、スリーブが接合され得る（例えばろう付けされ、または溶接される）肩部を形成する。
【０１５４】
図１１Ｂは、ＮＣＬなどの電流リードに含まれ得る追加の機能を示す。いくつかの実施形態では、均一な円筒形の頂部を備えるＮＣＬが提供され得る。例えば、ＮＣＬの反対側に（例えば、ねじ付きコネクタに）負極集電体を取り付ける場合、またはＮＣＬに他の取り付けを行う場合、このような頂部を拘束するのは困難となる可能性がある。ＮＣＬをより効率的に拘束するために、１対の実質的に平らで平行な表面をＮＣＬの端部に設けることができる。図１１Ｂは、正面図１１３０および側面図１１４０によって示されるそのような機構を示す。円筒対称性を壊すことによって、これらの表面は、例えばレンチなどによって効果的なグリップポイントを提供する。これにより、セルまたはＮＣＬを調整する場合、または他の部品（例えば、負極集電体）を取り付ける場合、トルクをかけて、ＮＣＬを回転させ、または安定させることができる。
【０１５５】
いくつかの例では、ろう付けセラミックシールはサブアセンブリを備える。サブアセンブリは、１つまたは複数（例えば２つ）の可撓性、ばね状、またはアコーディオン状の構成要素に接着された絶縁セラミックを備えることができ、本明細書で金属スリーブと呼ばれる。サブアセンブリが製造された後、スリーブは、負極電流リード、セル蓋、および／またはセルの蓋に接合（例えば、溶接）されるカラーなどの他のセル構成要素にろう付け、または溶接され得る。別法として、接合部の全ては、ろう付けによって完全なキャップアセンブリ上に生成され得る（例えば、許容限界が十分にきつい場合）。ろう付け材料と、材料がさらされる雰囲気との間の化学的適合性、および高温動作中および熱サイクル中の熱的堅牢性は、サブアセンブリの設計中に評価され得る。場合によっては、セラミック材料は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）または窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）であり、ろう付けはチタン合金、チタンドープニッケル合金、ジルコニウム合金またはジルコニウムドープニッケル合金である。場合によっては、セラミック材料は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）であり、ろう付けは銀−アルミニウム合金である。
【０１５６】
図１２は、セルの内部環境１２０５および／または外部環境１２１０に対して熱力学的に安定している材料を備えるろう付けセラミックシールの概略図を示す。そのような材料は、コーティングを含まない可能性がある。様々な材料は、１つまたは複数の幾何学的または構造的機能１２１５（例えば、可撓性金属の曲がり、ひれ、または折り目）を用いて調節することができる不適合ＣＴＥを有する可能性がある。ＣＴＥ調節機能１２１５は、一方の端部でセルハウジング１２２０（例えば、４００系ステンレス鋼）に溶接され、他方の端部でセラミック材料１２３５の第１の金属化表面１２３０にろう付け１２２５されることが可能である。セラミック材料１２３５は、本明細書に記載のように、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）または酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）であることができる。セラミック材料は、ろう付け１２４５によって集電体（導電性フィードスルー）１２４０にろう付けされ得る。ろう付け１２４５は、例えば、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）またはジルコニウム（Ｚｒ）を備えることができる。ろう付け１２４５は、セラミック１２５０の第２の金属化表面（例えば、チタンまたは窒化チタン）と接触することができる。互いに隣接して配置された材料のいくつかの層は、不適合を軽減することができるＣＴＥ勾配をもたらすことができる。
【０１５７】
図１３は、セラミックおよび／またはろう付け材料が内部環境１２０５および外部環境１２１０に対して熱力学的に安定していないシールを示す。いくつかの例では、コーティングは、シールまたは収容構成要素の内側１３０５および／または外側１３１０に付着され得る。
【０１５８】
図１４、図１５、図１６および図１７は、ろう付けされたセラミックシールのさらなる例を示す。いくつかの例では、シールはより大きな距離でハウジングの上方に延在する。図１４は、有利にはコーティングを含まず、ＣＴＥ不適合調節機能を含まず、および／または動作、製造または輸送中の振動および機械的力に対する構造安定性の増加を提供することができるセル上のシールの例を示す。この例では、ハウジング１４０５は、集電体１４１０から密封され得る。この配置は、セルの外側１４２０からセルの内側１４１５を密封封止することができる。シールの構成要素は垂直に配置可能であり、第１のろう付け１４２５、セラミック１４３５、セラミックの第１の金属化表面１４３０、第２のろう付け１４４０、およびセラミックの第２の金属化表面１４４５を含むことができる。
【０１５９】
図１５は、動作中、製造中および輸送中に振動および機械的力に対する構造的安定性を提供することができるシール１５２０を示す。この例では、ＣＴＥ調節機構１５０５は、ハウジング１５１０と集電体１５１５との間に配置されている。シール１５２０は、セラミックと、セラミックの金属化表面と接触する２つのろう付けとを備えることができる。いくつかの例では、シールは内側１５２５および／または外側１５３０上にコーティングされている。いくつかの例では、（１または複数の）コーティングは酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）を備えることができる。
【０１６０】
図１６は、二次的な機械的耐荷重構成要素１６０５を有するシール１６１０を示す。耐荷重構成要素は、場合によっては電気絶縁性である。場合によっては、耐荷重構成要素は密封封止を形成しない。シール１６１０（例えば、セラミック、セラミックの金属化表面と接触する２つのろう付けなどを含む）は、セルハウジング１６１５を集電体１６２０から密封封止することができる。
【０１６１】
図１７は、（例えば、一次シール１７１０が故障した場合の）二次バックアップシール１７０５の一例を示す。二次シールは、一次シールが故障した場合に、一次シール上に落下する、および／または一次シールの上に接着することができる。いくつかの例では、二次シールは、一次シールが故障した場合に溶融して流動可能となるガラスを備える。溶融した二次シールは、故障した一次シール上に降下し、漏れを防ぐことができる。いくつかの例では、シール１７０５および／またはシール１７１０は、軸対称（例えば、セル蓋の開口部を通る垂直軸の周りのドーナツ形状）であり得る。
【０１６２】
本開示の装置、システム、および方法は、例えば、米国特許第３，６６３，２９５号明細書（「貯蔵電池用電解質」）、米国特許第３，７７５，１８１号明細書（「溶融した電解質を有するリチウム蓄電セル」）、米国特許第８，２６８，４７１号明細書（「液体金属負極を有する高アンペアエネルギー貯蔵装置および方法」）、米国特許公開第２０１１／００１４５０３号明細書（「アルカリ土類金属イオン電池」、米国特許出願公開第２０１１／００１４５０５号明細書（「液体電極電池」）、米国特許公開第２０１２／０１０４９９０号明細書（「二元金属電極を有するアルカリ金属イオン電池」）、米国特許公開第２０１４／００９９５２２号明細書（「グリッドスケールの貯蔵用の低温液体金属電池」）、および国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１６／０２１０４８号明細書（「高温反応性材料装置用セラミック材料およびシール」）に記載されている、例えば電池および電池構成要素などの他の装置、システムおよび／または方法と組み合わされ、またはそれらによって修正されることが可能であり、そのそれぞれが本明細書に参照により全体的に組み入れられる。
【０１６３】
本開示のエネルギー貯蔵装置は、グリッドスケールの設定または独立型設定において使用され得る。本開示のエネルギー貯蔵装置は、場合によっては、スクーター、オートバイ、自動車、トラック、列車、ヘリコプター、飛行機などの乗り物、およびロボットなどの他の機械装置に動力を供給するために使用され得る。
【０１６４】
本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明する目的で使用されており、本発明の範囲を限定することを意図していないことを理解されたい。本明細書で使用されるとき、単数形の「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈が明らかにそうでないことを指示しない限り、複数の参照を含むことに留意されたい。さらに、そうでないと定義されない限り、本明細書で使用される全ての技術的および科学的用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。
【０１６５】
本明細書では本発明の好ましい実施形態を示し、説明してきたが、そのような実施形態が例としてのみ提供されていることは当業者には明らかであろう。ここで当業者であれば、本発明から逸脱することなく、多数の変形形態、変更形態、および代替形態に思い当たるであろう。本明細書中に記載された本発明の実施形態に対する種々の代替物が本発明を実施する際に採用され得ることを理解すべきである。以下の特許請求の範囲が本発明の範囲を規定し、これらの特許請求の範囲の範囲内の方法および構造ならびにそれらの均等物がそれによって包含されることが意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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